骨科植入物材料（例如金属支架、生物陶瓷和水凝胶）必须不断与骨骼的特性相匹配，以确定其在骨科领域的精确和广泛应用。钛（Ti）由于其优异的可加工性和生物相容性而成为植入式假体（例如骨钉、骨移植和牙植入物）的主要材料。然而，钛基植入物缺乏固有的抗菌性能和亲水性，使其易受蛋白质和细菌粘附，进而导致体内生物膜形成，可能引起术后感染。术后感染不仅会导致植入物失败，还会增加二次手术的风险，从而给患者带来身体疼痛和心理负担。因此，修改植入物材料以防止或减少术后感染的机会非常重要。
成都奥创生物参与了名为《Smart zwitterionic coatings with precise pH-responsive antibacterial functions for bone implants to combat bacterial infections》的实验项目，这种简单而有效的涂层策略有望为对抗骨植入物相关感染提供一种有希望的解决方案。
Smart zwitterionic coatings with precise pH-responsive antibacterial functions for bone implants to combat bacterial infections
文章名：
智能两性离子涂层，具有精确的pH响应抗菌功能，用于骨植入物以对抗细菌感染
Biomaterials Science 2024,12,4471
DOI: 10.1039/d4bm00932k
挂名引用：
期刊介绍：
期刊名：Biomaterials Science
2024年影响因子/JCR分区：5.8/Q1
学科与分区：MATERIALS SCIENCE, BIOMATERIALS - SCIE(Q2)
出版国家或地区：ENGLAND
医疗植入物的杀菌和抗细菌粘附性能是治疗成功的关键。作者设计了一种 pH响应智能两性离子抗菌涂层(PSB/GS涂层)，多巴胺和PSBDA共聚物沉积在植入物上，从而形成具有丰富儿茶酚残基的亲水基涂层，当细菌增殖导致微环境pH值下降，导致酸敏性席夫碱键水解，从而按需释放硫酸庆大霉素，起到抗菌效果。PSB/GS涂层在体内术前和术后感染大鼠模型中均表现出优异的抗感染活性。
要点一：
智能涂层由多巴胺(DA)和两性离子共聚物聚PSBDA共同沉积在Ti表面上，以形成一种富含儿茶酚残基的坚固亲水基底涂层（PSB），为负载富含胺的抗生素庆大霉素硫酸盐(GS)提供了理想平台，展现出良好的生物相容性和抗菌能力。
要点二：
由于表面涂层中两性离子聚合物的优异防污性能，PSB/GS涂层表现出更强的抗蛋白质黏附能力，有效限制植入物表面与周围蛋白质的相互作用，从而抑制蛋白质和血细胞的粘附来有效地防止血栓形成。
要点三：
PSB/GS涂层在体内消灭致病细菌，具有很强的体内抗菌活性，能减轻炎症反应。
图1钛表面PSB/GS涂层示意图：
图2解析：
Ti、PSB 涂层和PSB/GS涂层的表征。(A) 样品的SEM图像。(B) 样品的表面润湿性。(C) 通过椭圆偏振法测量PSB和PSB/GS涂层的厚度。(D) 样品的扫描光谱。(E) 原始Ti涂层的代表性高分辨率N 1s光谱。(F) PSB涂层的代表性高分辨率N 1s光谱 (G) PSB/GS 涂层的代表性高分辨率N 1s光谱。
图3解析：
(A)PSB/GS涂层的抗菌机理。(B)与细菌共培养24小时后用CLSM观察到活菌/死菌，与金黄色葡萄球菌和大肠杆菌（2mL，2×108 CFU mL−1）共培养24小时的PSB/GS涂层表面有活菌落，比例尺：50μm。(C) PSB/GS涂层的杀灭效率。(D)PSB/GS涂层的抗细菌粘附率。(E)对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌圈。比例尺：5 mm。(F)生物膜生长7天，用结晶紫染色。(G)用SEM观察PSB/GS涂层的生物膜。黄色比例尺：50μm，比例尺：5μm。
图4解析：
原始Ti和PSB/GS涂层的生物相容性评估。（A）两种样品的溶血率和图像。两种样品与L929细胞培养24小时（B）和48小时（C）后的细胞活力。（D）两种样品与L929细胞培养48小时后的活细胞和死细胞图像，比例尺：100μm。（E）两种样品分别在第3天和第7天植入大鼠背部皮下组织后的H&E染色图像，比例尺：100μm。两种样品植入后第3天的炎症细胞浸润率。（F）和第7天的炎症细胞浸润率。
图5解析：
(A) BSA蛋白相对荧光强度。(B) 抗血细胞粘附SEM图，比例尺：5μm。(C) 涂层表面抗粘附示意图。(D)红细胞和(E)血小板粘附定量数据。(F) 体内抗血栓性能示意图。(G) 测试样品及横截面图像，比例尺：5μm。(H) 血栓闭塞率及血栓重量定量结果
图6解析：
(A) 植入物术前感染示意图。(B) 植入3天后植入物周围的金黄色葡萄球菌数量。(C) 植入3天后样品周围H&E、CD68和CD3染色组织的图像，比例尺：100 μm。(D) 植入物术后感染示意图。(E) 植入3天后植入物周围的金黄色葡萄球菌数量。(F) 植入3天后样品周围H&E、CD68和CD3染色组织的图像，比例尺：100 μm
作者设计了一种pH响应智能两性离子抗菌涂层(PSB/GS涂层)，并使用简便的两步法将其牢固地制造在钛基骨植入物上。在植入初期，亲水性两性离子聚合物表现出所需的防污性能，可有效减少90%以上的蛋白质和细菌粘附。随着时间的推移，细菌增殖导致微环境pH值下降，导致酸敏性席夫碱键水解，从而按需释放GS，有效增强涂层的抗生物膜性能。得益于这种协同防污和智能抗菌活性，PSB/GS涂层在体内术前和术后感染大鼠模型中均表现出优异的抗感染活性。
