抗菌涂层组合物、包含抗菌涂层的医用植入材料及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及医用植入材料领域，具体涉及一种抗菌涂层组合物、包含抗菌涂层的 医用植入材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 随着现代社会老年化和生活节奏的加快，骨伤病患者急剧增加，据统计全球每年 人工假体置换病例超过200万例，预测到2030年，美国仅人工全膝关节假体置换一项将达 到每年350万例。骨科植入体和内固定器械的细菌感染可引发灾难性并发症，是当前骨科 治疗康复非常棘手的一大难题，不仅给病人带来巨大痛苦，而且浪费了大量医疗卫生资源， 给国家和个人均造成巨大的经济损失。通过对医用植入体或内固定器械的表面抗菌修饰可 赋予植入体抗菌性能，目前关于植入体表面各类抗菌涂层的研究已有大量报道，各种抗菌 涂层技术层出不穷、发展快速。植入体表面抗菌技术涉及多个学科，发展高性能的抗菌医用 植入材料对人类健康至关重要。
[0003] 银是一种杀菌能力最强的广谱抗菌剂，而且细菌不对其产生耐药性。若将银颗粒 的尺寸降至纳米级，其抗菌性能还可大大加强。然而，银离子同时也是一把双刃剑，在杀灭 细菌的同时，对人体也存在一定的毒性。如何进一步加强银离子的抗菌性，又能大幅度降低 其生物毒性，是当前研究的一大瓶颈。
[0004] 海洋贻贝通过分泌贻贝粘附蛋白（Mussel Adhesive Protein, MAP)可牢固地粘 附在海洋中各种固体表面（如礁石等）或任何海洋构筑物表面。贻贝粘附蛋白的粘附性 几乎是万能的，具有粘附速度快、耐水、耐腐蚀、生物相容性好、无毒害作用等优点，不会引 起人体免疫反应。随着科技的发展，天然贻贝粘附蛋白的提取与纯化已获得技术上的突 破。WO 2006/020594A2公布了贻贝黏附蛋白Mefp-I重组子的克隆与表达。美国专利US 6, 995, 012B1公布了贻贝黏附蛋白Mefp-I重组子的克隆与表达。CN 102433357A公布了植 物表达贻贝粘合蛋白Mefp-5的方法。这些新技术为贻贝粘附蛋白的材料来源提供了多元 化的途径。
【发明内容】
[0005] 为改善现有医用植入材料的性能，提高其生物安全性和抗菌性能，本发明的一个 目的是提供一种抗菌涂层组合物。
[0006] 本发明的另一目的是提供一种包含抗菌涂层的医用植入材料。
[0007] 本发明的另一目的是提供包含抗菌涂层的医用植入材料的制备方法。
[0008] 本发明提供的抗菌涂层组合物包括贻贝粘附蛋白和纳米银颗粒。
[0009] 其中，所述抗菌涂层组合物中的纳米银颗粒的质量百分比为1~50%。
[0010] 其中，所述贻贝粘附蛋白选自 Mefp-l、Mefp-2、Mefp-3、Mefp-4、Mefp-5、Mefp-6 中 的一种或多种。
[0011] 其中，所述纳米银颗粒的粒径为1~30nm。
[0012] 本发明提供的包含抗菌涂层的医用植入材料，包括植入材料基材，所述植入材料 基材表面具有以上技术方案任一项所述抗菌涂层组合物形成的抗菌涂层。
[0013] 其中，所述抗菌涂层的厚度为10~200nm。
[0014] 其中，所述植入材料基材选自乳胶、聚乳酸、聚氨酯、硅胶、生物陶瓷、不锈钢、金属 钛、钛合金、镁合金或钽合金。
[0015] 本发明提供的所述医用植入材料的制备方法为：首先在所述植入材料基材表面形 成贻贝粘附蛋白膜层，然后置于含有银离子的溶液中浸渍即得。
[0016] 进一步地，所述制备方法包括以下步骤：
[0017] Sl :将植入材料基材置于贻贝粘附蛋白水溶液中浸渍，清洗，干燥，得到包含贻贝 粘附蛋白膜层的基材；
[0018] S2 :将步骤Sl所得的基材置于银离子溶液中浸渍，清洗，干燥后即得。
[0019] 所述步骤Sl中，所述贻贝粘附蛋白水溶液的浓度为0. 05~5mg/ml，pH值为3. 0~ 9. 0,浸渍时间为5~120分钟。
[0020] 所述步骤S2中，所述银离子溶液为硝酸银溶液，其浓度为0. 0001~1M，浸渍时间 为5分钟~48小时。
[0021] 本发明的技术方案中，充分利用了贻贝粘附蛋白的粘附性、生物相容性和生物还 原性。通过贻贝粘附蛋白的粘附性，可将纳米银颗粒固定于基材表面使其发挥抗菌功能，而 且，当涂层基材为金属或合金时，还可以抑制金属或合金的腐蚀，进一步提高了基材材料的 安全性和耐用性。贻贝粘附蛋白还具有良好的生物相容性，可促进细胞粘附、铺展和增殖， 尤其适用于医学领域的使用。而贻贝粘附蛋白的生物还原性可以在制备涂层时将银离子还 原成纳米级的银颗粒，使得制备过程更加简单，制造成本极低。
[0022] 采用本发明组合物形成的抗菌涂层，无色透明，对于基材的颜色没有明显影响，涂 层粘合性极强，可使纳米银颗粒牢固附着于基材上，具有非常优秀的生物相容性和抗菌活 性，相比于普通的纳米银涂层，生物毒性大大降低，因此特别适合用于医用植入材料。经检 测发现，本发明所述的涂层无毒无副作用，无排斥反应，是一种性能优良、安全可靠的抗菌 涂层。
[0023] 本发明提供的包含抗菌涂层的医用植入材料表面颜色无明显变化，相比于未包含 涂层的植入材料而言，抗菌活性大大增强，而且抗腐蚀能力也有明显改善，通过调整蛋白膜 厚度以及纳米银颗粒的用量，可使植入材料满足不同的治疗要求。本发明提供的医用植入 材料可适用于多种基材材料，且工艺简单，条件温和，普适性强，可实现批量生产和临床应 用，具有重要的社会意义和经济意义。
【附图说明】
[0024] 图1是实施例1所得含有抗菌涂层的金属钛片的X射线光电子能谱谱图；
[0025] 图2表示小鼠颅顶骨前成骨细胞（MC3T3-E1)在不同材料表面孵育20h后的荧光 染色情况，其中，（a)钛板；(b)实施例1材料样品；(c)实施例2材料样品；(d)实施例3材 料样品；
[0026] 图3表TK金黄色葡萄球菌在不同材料表面孵育4h后的突光染色情况，其中，（a)钛 板；(b)实施例1材料样品；（c)实施例2材料样品；(d)实施例3材料样品；
[0027] 图4是实施例1-3所得材料样品以及未经处理钛片的大肠杆菌抑菌圈照片。
【具体实施方式】
[0028] 本发明的一个方面提供了 一种抗菌涂层组合物，该抗菌涂层组合物包括贻贝粘附 蛋白和纳米银颗粒。
[0029] 利用贻贝粘附蛋白的粘附性和生物相容性、以及纳米银的抗菌性，可得到粘附性、 生物相容性、抗菌性优异的涂层组合物，可适用于各种不同材质的涂覆基材，对于金属、合 金的基材而言，使用该涂层组合物后还能改善其抗腐蚀性能。
[0030] 本发明的抗菌涂层组合物中，贻贝粘附蛋白和纳米银颗粒的用量可以为任意比 例，通常由本领域普通技术人员根据粘附基材和抗菌要求进行调整即可。
[0031] 在本发明一个优选的实施方式中，纳米银颗粒在所述抗菌涂层组合物中的质量百 分比可以为1~50%。在一个更优选的实施方式中，纳米银颗粒在所述抗菌涂层组合物中 的质量百分比可以为5~30%。
[0032] 本发明的抗菌涂层组合物中，贻贝粘附蛋白可以为现有的任意种类，包括商品化 的产品或根据生物法所制得的产品。在本发明一个优选的实施方式中，贻贝粘附蛋白选自 Mefp-I、Mefp-2、Mefp-3、Mefp-4、Mefp-5、Mefp-6 中的一种或多种。
[0033] 在本发明一个优选的实施方式中，纳米银颗粒的粒径可以为1~30nm。
[0034] 本发明的第二个方面提供了 一种包含抗菌涂层的医用植入材料，其包括植入材料 基材，植入材料基材表面具有以上本发明所述抗菌涂层组合物形成的抗菌涂层。
[0035] 其中，植入材料基材可以为任意种类的医用材料，如无机材料、有机高分子材料、 金属或合金材料等等。在本发明一个优选的实施方式中，植入材料基材包括但不限于乳胶、 聚乳酸、聚氨酯、硅胶、生物陶瓷、不锈钢、金属钛、钛合金、镁合金、钽合金等。
[0036] 在本发明一个优选的实施方式中，植入材料基材在使用前进行清洁处理。
[0037] 在本发明一个优选的实施方式中，医用植入材料的抗菌涂层厚度、所含纳米银颗 粒的含量等都没有特别限定，可根据实际使用需要进行调整，且不会对人体造成毒害即可。
[0038] 在本发明一个优选的实施方式中，抗菌涂层厚度可以为10~200nm，在一个优选 的实施方式中，抗菌涂层厚度可以为20~50nm。
[0039] 本发明的第三个方面提供了包含抗菌涂层的医用植入材料的制备方法，该方法 为：首先在植入材料基材表面形成贻贝粘附蛋白膜层，然后置于含有银离子的溶液中浸渍 即得。
[0040] 进一步地，所述制备方法包括以下步骤：
[0041] Sl :将植入材料基材置于贻贝粘附蛋白水溶液中浸渍，清洗，干燥，得到包含贻贝 粘附蛋白膜层的基材；
[0042] S2 :将步骤Sl所得的基材置于银离子溶液中浸渍，清洗，干燥后即得。
[0043] 步骤Sl中，贻贝粘附蛋白水溶液的浓度和浸渍时间可根据所需蛋白膜层进行调 整，在本发明一个优选的实施方式中，贻贝粘附蛋白水溶液的浓度可以为0. 05~5mg/ml， 浸渍时间可以为5~120分钟。
[0044] 步骤Sl中，贻贝粘附蛋白水溶液的pH值可以为酸性，也可以为碱性，优选的pH值 为3. O~9. 0,可通过常用的稀酸、稀碱溶液或缓冲溶液调节至所需的pH值，例如，稀氢氧化 纳、稀盐酸等。
[0045] 步骤S2中，银离子溶液优选使用硝酸银溶液，硝酸银溶液的浓度和浸渍时间可根 据所需的纳米银的量进行调整，在本发明一个优选的实施方