一种长效可再生抗菌聚醚醚酮及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于生物医学材料技术领域，具体涉及一种长效可再生抗菌聚醚醚酮及其制备方法和应用，本发明专利技术对浓硫酸造孔后的聚醚醚酮经过硼氢化钠活化、硅烷偶联剂改性、自由基聚合接枝丙烯酸、酰胺改性及次氯酸钠溶液浸泡等处理后，使卤胺高分子通过共价键合和交联的方式与聚醚醚酮牢固结合，并在聚醚醚酮表面形成卤胺抗菌高分子涂层，使制备得到的聚醚醚酮抗菌成分牢固稳定，具有组织相容性好，抗菌时效长，抗菌成分可再生利用及良好的骨诱导和骨整合等性能，在骨植入方面具有超高的临床实用价值。同时，首次实现了聚醚醚酮表面对于白色念珠菌的抗菌改性，并有望在骨植入过程中及术后有效预防植入物感染的发生，并有利于促进骨整合。并有利于促进骨整合。并有利于促进骨整合。

【技术实现步骤摘要】
一种长效可再生抗菌聚醚醚酮及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于生物医学材料
，具体涉及一种长效可再生抗菌聚醚醚酮及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]目前，聚醚醚酮(PEEK)作为骨科植入物被广泛应用于创伤、疾病、衰老、先天性异常和手术切除术等相关的临床领域。然而，骨科植入物在植入过程中会伴随感染的风险，目前每年骨科植入术的平均感染率约为5％，经常导致二次手术或植入物更换，甚至会导致截肢或死亡。而植入物表面的抗菌改性能够减少细菌黏附、抑制生物膜的形成，从而预防植入后的初期感染。但是目前的种植体抗菌改性尚难达到预期的生物相容性与抗菌时效。比如，载抗生素涂层长期使用会产生抗药性；而无机抗菌剂主要为银、铜、锌、钛等金属纳米粒子及相应的离子，使用过程中会存在重金属累积毒性风险；有机抗菌剂包括天然抗菌剂和合成有机抗菌剂，其中，小分子抗菌剂释放快，只适合短期产品使用，且存在迁移的风险。此外，PEEK表面自由能低，且缺少可反应基团，往往会导致抗菌涂层附着力弱，容易发生脱落和迁移，从而缩短了抗菌寿命，降低了使用安全性。
[0003]一般而言，通过将抗菌活性成分以化学共价键固定在高分子链上，可以获得性能稳定、抗菌效果显著的高分子抗菌涂层。其中，N
‑
卤胺化合物属于有机非抗生素类抗菌剂，具有广谱抗菌、活性强、生物安全性好及成本低廉等特性。由于卤胺化合物前驱体在次氯酸钠水溶液中可发生氯化反应，使N
‑
H键变成N
‑
Cl键，其中带正电的氯原子能够使细胞内的蛋白质氧化，从而对酶活性造成不可逆的破坏，使微生物失去活性而起到抗菌作用。而当氯原子消耗完后，又可通过简单的次氯酸钠溶液浸泡进行再氯化，进而实现循环再生。因此，如果能将N
‑
卤胺化合物引入骨科植入物的制备过程中，比如用于改性聚醚醚酮，有望使骨科植入物获得长效可再生的抗菌性能，提高其临床实用价值。

技术实现思路

[0004]为了克服上述现有技术的不足，本专利技术的首要目的是提供含N
‑
卤胺抗菌高分子的聚醚醚酮的制备方法。
[0005]本专利技术的第二个目的是提供采用上述制备方法制备得到的含N
‑
卤胺抗菌高分子的聚醚醚酮。该聚醚醚酮引入了卤胺高分子，具有长效可再生抗菌性能。
[0006]本专利技术的第三个目的是提供上述含N
‑
卤胺抗菌高分子的聚醚醚酮在制备骨科植入物方面的应用。该聚醚醚酮能够显著促进人骨髓来源间充质干细胞(hBM
‑
MSC)的成骨分化能力。
[0007]本专利技术的上述第一个目的是通过以下技术方案来实现的：
[0008]一种含N
‑
卤胺抗菌高分子的聚醚醚酮的制备方法，该制备方法包括以下步骤：
[0009]S1、对浓硫酸造孔后的聚醚醚酮进行硼氢化钠活化，制备带羟基的聚醚醚酮；
[0010]S2、用硅烷偶联剂对带羟基的聚醚醚酮进改性处理，制备双键改性的聚醚醚酮；
[0011]S3、通过偶氮脒类引发剂使双键改性的聚醚醚酮与丙烯酸进行自由基聚合反应，制备丙烯酸接枝的聚醚醚酮；
[0012]S4、通过乙二胺对丙烯酸接枝的聚醚醚酮进行酰胺改性，制备酰胺改性的聚醚醚酮；
[0013]S5、对酰胺改性的聚醚醚酮经次氯酸钠溶液浸泡后洗涤干燥即得含N
‑
卤胺抗菌高分子的聚醚醚酮。
[0014]优选地，步骤S3的自由基聚合反应中，还添加了N,N'
‑
亚甲基二丙烯酰胺(MBAA)，所述MBAA与丙烯酸的摩尔比为1:100
‑
1000。
[0015]加入MBAA后制备得到的聚醚醚酮具有更优异的抗菌活性。属于更好的实施方案，在该方案下，丙烯酸接枝的聚醚醚酮的制备方法具体为：将双键改性的聚醚醚酮加入到水中，再加入丙烯酸单体、偶氮脒类引发剂和MBAA，完全溶解后在惰性气体保护下60
‑
70℃加热搅拌22
‑
26h，最后经洗涤、烘干即可。
[0016]本专利技术的聚醚醚酮制备方法，首先对聚醚醚酮进行硫酸磺化和硼氢化钠活化处理，得到粗糙、多孔且带羟基表面；接着用硅烷偶联剂改性处理后再与丙烯酸单体进行自由基聚合反应完成丙烯酸接枝，随后再用乙二胺进行酰胺改性，最后再用次氯酸钠溶液进行浸泡处理，即可在聚醚醚酮表面接枝长效可再生抗菌的含N
‑
卤胺抗菌高分子。本专利技术中的抗菌高分子通过共价键与聚醚醚酮牢固结合，形成稳定的涂层(即N
‑
卤胺在聚醚醚酮表面形成卤胺抗菌高分子涂层)，且卤胺高分子具有高效的广谱抗菌性和良好的生物相容性，使得经该方法改性后的聚醚醚酮具有长效可再生抗菌性能及良好的骨诱导性能，在骨植入方面具有超高的临床实用价值。
[0017]优选地，硼氢化钠活化的具体方法为：将浓硫酸造孔后的聚醚醚酮置于硼氢化钠溶液中，在惰性气体保护下110
‑
130℃加热回流22
‑
26h，最后经洗涤、烘干即可。
[0018]进一步地，浓硫酸造孔的具体方法为：将聚醚醚酮置于浓硫酸中超声5
‑
10min，用丙酮、水交替超声清洗8
‑
12min后于110
‑
130℃下水浴5
‑
7h，清洗后烘干即可。
[0019]具体地，浓硫酸造孔的具体方法为：将聚醚醚酮置于浓硫酸中超声5min，用丙酮、水交替超声清洗10min，反复三次，然后120℃水浴6h，清洗干净后，烘干即得有孔聚醚醚酮。
[0020]进一步地，硼氢化钠活化的具体方法为：将浓硫酸造孔后的聚醚醚酮置于硼氢化钠的DMSO溶液中，在惰性气体保护下120℃加热回流24h，再依次用甲醇、水、0.5M盐酸、水、乙醇搅拌清洗各15
‑
20min后烘干即可。
[0021]优选地，步骤S2的改性处理具体为：将带羟基的聚醚醚酮加入乙醇水溶液中，在惰性气体保护下加入乙酸和硅烷偶联剂，常温下搅拌20
‑
40min后再升温至50
‑
60℃继续搅拌2
‑
4h，最后经洗涤、烘干即可。
[0022]优选地，步骤S3的自由基聚合反应具体为：将双键改性的聚醚醚酮加入到水中，再加入丙烯酸单体和偶氮脒类引发剂，完全溶解后在惰性气体保护下60
‑
70℃加热搅拌22
‑
26h，最后经洗涤、烘干即可。
[0023]进一步地，所述丙烯酸单体和偶氮脒类引发剂的摩尔比为1.5
‑
2.5:1。具体地，所述丙烯酸单体和偶氮脒类引发剂的摩尔比为2:1。
[0024]优选地，步骤S4的酰胺改性具体为：将丙烯酸接枝的聚醚醚酮加入到水中，再依次分别加入2
‑
氯
‑
4,6
‑
二甲氧基
‑
1,3,5
‑
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种含N
‑
卤胺抗菌高分子的聚醚醚酮的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、对浓硫酸造孔后的聚醚醚酮进行硼氢化钠活化，制备带羟基的聚醚醚酮；S2、用硅烷偶联剂对带羟基的聚醚醚酮进改性处理，制备双键改性的聚醚醚酮；S3、通过偶氮脒类引发剂使双键改性的聚醚醚酮与丙烯酸进行自由基聚合反应，制备丙烯酸接枝的聚醚醚酮；S4、通过乙二胺对丙烯酸接枝的聚醚醚酮进行酰胺改性，制备酰胺改性的聚醚醚酮；S5、对酰胺改性的聚醚醚酮经次氯酸钠溶液浸泡后洗涤干燥即得含N
‑
卤胺抗菌高分子的聚醚醚酮。2.根据权利要求1所述的一种含N
‑
卤胺抗菌高分子的聚醚醚酮的制备方法，其特征在于，步骤S3的自由基聚合反应中，还添加了N,N'
‑
亚甲基二丙烯酰胺，所述N,N'
‑
亚甲基二丙烯酰胺与丙烯酸的摩尔比为1:100
‑
1000。3.根据权利要求1所述的一种含N
‑
卤胺抗菌高分子的聚醚醚酮的制备方法，其特征在于，硼氢化钠活化的具体方法为：将浓硫酸造孔后的聚醚醚酮置于硼氢化钠溶液中，在惰性气体保护下110
‑
130℃加热回流22
‑
26h，最后经洗涤、烘干即可。4.根据权利要求1所述的一种含N
‑
卤胺抗菌高分子的聚醚醚酮的制备方法，其特征在于，步骤S2的改性处理具体为：将带羟基的聚醚醚酮加入乙醇水溶液中，在惰性气体保护下加入乙酸和硅烷偶联剂，常温下搅拌20
‑
40min后再升温至50
‑
60℃继续搅拌2
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4h，最后经洗涤、烘干即可。5.根据权利要求1所述的一种含N
‑
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【专利技术属性】
技术研发人员：沈慧勇，吴丁财，蔡兆鹏，王鹏，谢中瑜，唐友臣，王子明，卢焰，陈锋磊，曾琛莹，曹倩，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：