Chem. Mater.┃兼具高效成骨与远程光控杀菌特效的智能聚醚醚酮植入体

英文原题：Graphene Oxide and Adiponectin-Functionalized Sulfonated Polyetheretherketone with Effective Osteogenicity and Remotely Repeatable Photo-Disinfection

通讯作者：杨为中，四川大学等

作者：Yi Deng（邓怡）, Xiangyu Gao（高翔宇）, Xiao-Lei Shi（史晓磊） , Siyu Lu （卢思宇）, Weizhong Yang（杨为中）, Chunyan Duan（段春燕）, Zhi-Gang Chen（陈志刚）

特种工程塑料聚醚醚酮（PEEK）因其优异的力学性能、化学稳定性及生物相容性等优点成为目前最具发展潜力的新一代硬组织修复材料。但遗憾的是，PEEK是一种生物惰性材料，缺乏组织诱导性，与宿主组织之间没有相互作用，严重阻碍了PEEK植入体的临床使用；再者，PEEK本身也无抗菌性，其表面容易引起细菌的黏附和生物膜的形成，产生植入体相关的感染问题，可能最终导致植入体植入手术失败。直接采用抗生素治疗容易产生耐药菌，并且可能导致某些器官的不可逆损伤。在生物材料表面修饰内源性抗菌剂，如抗生素、贵金属纳米粒子、抗菌聚合物等，往往很难实现长时间、可重复的杀菌。因此赋予惰性PEEK植入体“外源性”杀菌特性会成为该领域的研究热点。

近日，杨为中-邓怡团队在前期成骨微环境调控材料研发的基础上（Adv. Funct. Mater., 2018, 28, 1705546; NPG Asia Mater., 2019, 11, 39），设计并制备了一种“兼具高效成骨与远程光控杀菌性能”的骨科涂层：以具有三维网络结构的磺化聚醚醚酮（sPEEK）为基底，通过π-π-π堆积作用将具有较高光热转化效率和良好生物相容性的氧化石墨烯（GO）和聚多巴胺层（pDA）沉积于sPEEK表面，随后借助pDA二次接枝脂联素（APN）（图1）。pDA不仅充当无机与有机物间的粘合剂，而且能与GO协同产生更强的光热效应（PTT）。我们发现该体系在液体环境低光强0.5W/cm²下可迅速升温至50℃，通过一次20min的光热治疗后，其对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌能高效杀灭。多次循环后的杀菌率可超过95%（图2），表现出很好的光控反复杀菌特效。

图1. 多功能PEEK植入制备示意图及三重模式治疗效果

图2. 近红外照射下的抗菌性能

此外，接枝的APN因子可以修复PTT局部过热引起的组织创伤和促进成骨细胞的定向分化。该体系在碱性磷酸酶、钙结节生成、成骨基因表达等多个水平上均有明显提升，表明APN的引入大大提高了材料的成骨活性。动物实验进一步证实了sPEEK/GO/APN植入体可促进植入体周围的骨整合和血管重建（图3）。该研究验证了在未引入任何抗菌剂情况下，可实现对细菌的远程可控可重复的高效杀灭，同时仍具有优异的体外以及体内的成骨性能，为拓展PEEK材料在临床上的应用奠定了实验基础。

图3. 体内骨整合评估

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Graphene Oxide and Adiponectin-Functionalized Sulfonated Poly(etheretherketone) with Effective Osteogenicity and Remotely Repeatable Photodisinfection

Yi Deng, Xiangyu Gao, Xiao-Lei Shi, Siyu Lu, Weizhong Yang*, Chunyan Duan*, Zhi-Gang Chen*

Chem. Mater., 2020, DOI: 10.1021/acs.chemmater.0c00290

Publication Date: February 10, 2020

Copyright © 2020 American Chemical Society

（本稿件来自ACS Publications）