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  聚醚醚酮（PEEK）基骨科植入體因其生物惰性的缺點難以滿足臨床使用要求。以往研究中，常常采用聚多巴胺作為活性涂層，增強植入體表面的細胞和組織黏附和增殖。然而，聚多巴胺作為一種生物高分子，同時也會增加細菌生長與感染風險，易引起細菌黏附以及其生物膜的形成，導致了植入體相關感染問題，從而產(chǎn)生手術成本增加甚至手術失敗的嚴重后果。即便聚多巴胺被證明其具有一定程度的光熱性能，但單一的抗菌方式仍不能完全殺滅病菌。此外，光熱抗菌過程產(chǎn)生的強烈熱效也會不可地避免地造成對植入物生物活性、骨誘導性的負面影響。因此，如何調(diào)控骨科植入物表面抗菌能力和生物活性之間的尖銳矛盾是亟待解決的關鍵科學問題。

圖1. 二維納米涂層的制備過程及其雙重治療效果的示意圖。

圖2. 近紅外照射下的PDT/PTT聯(lián)合抗菌效果。

  近日，為了解決這一問題，鄧怡-楊為中聯(lián)合團隊在前期智能聚醚醚酮植入體研發(fā)（Chem. Mater. 2020, 32: 2180；ACS Appl. Mater. Interfaces 2020, 12: 14971等）的工作基礎上，開發(fā)了一種兼具高效成骨誘導性能以及光熱/光動力（PDT/PTT）聯(lián)合抗菌的二維磺化聚醚醚酮（SPEEK）基納米涂層（圖1）：以具有三維網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)的SPEEK為基底，通過π-π堆積和多巴胺超分子聚合過程在氧化石墨烯納米片表面修飾聚多巴胺納米涂層，形成氧化石墨烯/聚多巴胺異質(zhì)結(jié)涂層。在近紅外光的照射下，不僅氧化石墨烯和聚多巴胺產(chǎn)生疊加的光熱效應，而且光電子從聚多巴胺HOMO軌道遷移到LUMO軌道，隨后被石墨烯捕獲后與環(huán)境的氧氣反應形成單線態(tài)氧，實現(xiàn)PDT/PTT聯(lián)合殺菌的目的（圖2）。進一步在聚多巴胺涂層上鍵合骨誘導寡肽（BFP），賦予骨誘導性能。來源于骨形態(tài)發(fā)生蛋白-7（BMP-7）的骨誘導寡肽（BFP），已被證明比BMP-7具有更優(yōu)異的成骨活性和成骨能力，可以作為成骨誘導劑。該體系在ALP活性、鈣結(jié)節(jié)生成、成骨基因表達與植入后新生骨形成情況（圖3）等多個層面上與對照組相比均有顯著提升。因此BFP寡肽的引入大大提高了惰性PEEK植入體光殺菌后的生物相容性和骨整合性能。具有以上異質(zhì)結(jié)涂層的生物材料在未引入任何抗菌劑的情況下，實現(xiàn)了對細菌的PDT/PTT高效殺滅，同時仍具有優(yōu)異的體內(nèi)的骨修復療效，推動PEEK植入體在臨床上感染性骨缺損病例中的使用腳步。

圖3. 體內(nèi)骨整合評估

  以上相關成果以“Two-Dimensional Nano-Coating Enables Orthopedic Implant for Bimodal Therapeutic Applications”為題近期在線發(fā)表于Nanoscale。西南醫(yī)科大學王松副主任醫(yī)師和四川大學材料學院楊為中教授等為該論文共同第一作者，四川大學鄧怡副研究員為通訊作者。四川大學本科生高翔宇對論文的實驗部分以及排版工作做出了重要貢獻。本研究工作得到國家自然科學基金（81801848, 81961160736）、四川省科技廳項目（2017FZ0046, 2018JZ0026）、成都市國際合作項目（2017-GH02-00025-HZ）、四川大學高分子材料工程國家重點實驗室自主課題（sklpme2019-2-05）、四川省-瀘州市-西南醫(yī)科大學聯(lián)合基金（14JC0038）等的資助。

  全文鏈接：https://doi.org/10.1039/D0NR02327B