医用钛表面研究进展(1)—钛合金表面层层组装庆大霉素抗菌多层膜

    钛合金植入物由于具有良好的生物相容性，机械强度和耐腐蚀性而被广泛用在整形外科和牙科领域。然而，细菌在生物材料上的粘附和定植，使得开发具有抗菌功能的新型钛植入物成为一个重要问题。

    治疗植入物相关感染的一种有效方法是通过层层自组装（LbL）技术在钛合金表面构建载药的多层膜，该载药系统的关键是能直接在感染的部位释放活性治疗剂。基于静电引力，LbL技术被广泛用于改变植入物的表面特性。这种涂覆方法具有许多优势，例如可以在纳米水平上调节复合材料，组装分子的选择范围广，操作简便。

    硫酸庆大霉素（GS）是一种氨基糖苷类广谱抗生素，可以通过氨基的质子化而带上正电荷，被选作抗菌药物。聚丙烯酸（PAA）是一种含羧基的阴离子聚电解质，由于游离的羧酸基团对钙离子的高亲和力，是形成羟基磷灰石的有前途的候选物。

    在这项工作中，使用LbL技术在钛合金表面构建GS / PAA多层膜。尽管使用LbL技术在钛合金上制备抗菌涂层已经有过报道，但该工作表明，可以在不使用交联剂的情况下以简单的方式制备多层膜。这种抗生素修饰的钛合金对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌具有优异的抗菌活性。目前的工作提供了一种赋予钛合金抗菌性能的简便方法，在预防骨科和牙科领域植入物相关感染方面具有应用前景。

    该项工作“Layer-by-layer assembly of gentamicin-based antibacterial multilayers on Ti alloy ”发表在Materials Letters （doi.org/10.1016/J.MATLET.2019.127001）。第一作者为何丽君，通讯作者为曾荣昌、李硕琦。

Fig. S1 Schematic representation of the preparation of the (GS/PAA)₂₀/Ti and chemical structures of GS and PAA.

Fig. 1 Representative 20 μm × 20 μm AFM topographic images of Ti-OH (a), (GS/PAA)₂₀/Ti (b), SEM images of Ti-OH (c), (GS/PAA)₂₀/Ti (d), EDS mapping of (GS/PAA)₂₀/Ti (e) and scratch result of (GS/PAA)₂₀/Ti (f).

Fig. 2 FTIR spectra of GS, PAA and GS/PAA coating (a), XPS survey scan (b), high resolution of XPS spectrum of C_1s and N_1s of (PAA/GS)₂₀/Ti (c and d).

Fig. 3 Representative images and CFU values of viable bacteria growth of S. aureus (a) and E. coli (b) on the agar plate treated with different samples after culturing for 16 h.

Fig. 4 Cumulative GS release profile (a) and schematic illustration of the antibacterial mechanism (b).