钛植入体表面短效-长效复合抗菌促成骨涂层的构建及性能研究
批准号:
52073230
项目类别:
面上项目
资助金额:
58.0 万元
负责人:
李鹏
依托单位:
学科分类:
生物医用有机高分子材料
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
李鹏
中文摘要
钛因优异的机械性能与良好的生物相容性而被大量用于植入体,但其表面生物活性与抗菌性能的缺乏影响了服役性能。传统针对钛植入体的表面修饰技术往往功能单一,无法满足不同时期感染风险的威胁。因此,本项目拟研制同时具有短期和长期效用的复合抗菌促成骨涂层,以应对植入早期感染和迟发/晚期感染的不同需求。首先,利用贻贝仿生化学在钛材表面接枝具有抗菌肽和骨成长肽,构建短期有效的可降解分子刷涂层。其次,在钛材表面使用阳极氧化和水热法构建掺杂微量元素(锶)的钛纳米管,并在其中负载超声响应性的药物载体,实现锶的缓慢释放和抗菌药物/声敏剂的超声响应性作用,达到长期促成骨和抗感染的效果。最后,将短效-长效涂层复合:外层抗菌肽-促成骨肽分子刷在植入初期抵御细菌侵袭,并随着成骨细胞的粘附和成长而降解;内层钛纳米管持续释放锶促进骨整合,在迟发/晚期感染情况下利用外源超声激发管内包埋药物的释放/作用,达到长效抗感染的功能。
英文摘要
Titanium (Ti) is widely applied as implants in clinical practice owing to its excellent mechanical properties and good biocompatibility. However, the lack of surface bioactivity and antibacterial property has limited the service performance of pristine Ti implants. Conventional surface modification techniques generally endow Ti implants with single function, which cannot cope with the infection risks in different periods of implantation. Consequently, this proposal aims to design and prepare antibacterial and osteogenic dual-functional coatings with short and long-term acting characteristics, which could fulfil the different demands to fight against early postoperative, delayed and late infections. Firstly, to construct the short-acting biodegradable polymer brush coatings, antimicrobial peptides (AMP) and osteogenic growth peptides (OGP) are immobilized onto Ti surface via a facile mussel-inspired chemistry. Furthermore, anodic oxidation prepared titanium nanotube (TNT) array is doped with microelement (Sr) by hydrothermal method, and subsequently loaded with ultrasound responsive drug carriers or sonosensitizers. The sustainable release of Sr2+ is beneficial for osseointegration, and the antibacterial drugs/sonosensitizers could be released upon ultrasound irradiation when delayed or late infection occurs. At last, the two coatings are combined to generate the desired short and long-acting antibacterial and osteogenic coatings. The outer layer AMP and OGP brushes could prevent the bacteria contamination in the early postoperative stage and degrade along with the adhesion and proliferation of osteoblasts. On the other hand, the interior TNT layer loaded with ultrasound-responsive drugs acts as an ammunition depot ready to combat with delayed or late infections.
本项目围绕骨植入体失效的核心挑战——感染与骨整合不足,构建兼具短效-长效协同抗感染及长效促成骨功能的钛基植入体表面功能化体系,在抗菌剂/敏化剂封装控释、促成骨增效及多材料普适性应用方面取得系列创新成果,具体进展如下:.1. 抗菌剂/敏化剂控释递送体系构建.基于二氧化钛纳米结构载体,结合贻贝仿生化学、金属-多酚动态网络及共价接枝技术,实现了抗菌肽、抗生素及气体供体的高效负载与稳定封装。通过光热/光动力、pH等微环境敏感释放的内外源响应等策略,构建了“按需递送-协同增效”抗菌系统。此外,项目组创新性地开发了氟化两亲性聚合物用于多重耐药菌(ESKAPE)的广谱选择性杀菌,为短效抗菌涂层设计提供新思路。在长效抗菌方面,团队开发了新型碳点光敏剂及可载药控释的纳米声敏剂,后续拟与钛基材复合以探究长效抗感染性能。.2. 促成骨活性协同增强与长效调控.通过元素掺杂(Sr²⁺、Zn²⁺)及功能金属框架(ZIF-8)复合,建立“离子缓释-拓扑结构协同”成骨调控模式,显著提升成骨细胞分化及矿化能力。基于气体分子(NO、CO、H₂S)的双向调控功能,开发了浓度依赖的“消炎-促成骨”动态涂层。此外,还开发了pH响应的控释型涂层,以调控促成骨活性的按需增强,相关研究仍在推进。.3. 短效-长效功能动态衔接与多材料拓展.提出“外源触发-自适应释放”设计原则,构建“纳米气动炮”涂层实现抗生素按需释放与Sr²⁺促骨长效协同。基于控释双功能NO分子的涂层的在体研究,显示出优异的生物膜清除和促成骨能力,相关论文正在整理。此外,研究拓展至PEEK、硅橡胶及聚丙烯等材料,通过MPN涂层、静电沉积等普适性策略赋予其抗菌-成骨/抗炎多功能,实现高效抗菌和骨整合性能的提升。.本项目共发表SCI论文38篇(其中第一标注13篇),申请国家发明专利9件(授权2件),建立了一种植入体表面短效-长效抗菌/促成骨涂层的设计范式,为临床植入感染防控与骨修复提供了重要理论支撑及转化潜力。
基于介电微结构的光场偏振态纵向调控及应用研究
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批准号:--
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项目类别:面上项目
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资助金额:61万元
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批准年份:2021
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负责人:李鹏
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依托单位:
结构表面波的构建、表征及光力效应研究
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批准号:91850118
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项目类别:重大研究计划
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资助金额:80.0万元
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批准年份:2018
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负责人:李鹏
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依托单位:
新型多糖基抗菌高分子材料的制备及性能研究
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批准号:21875189
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项目类别:面上项目
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资助金额:68.0万元
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批准年份:2018
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负责人:李鹏
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依托单位:
空间结构光场的多参量纵向调控及新效应研究
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批准号:11774289
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项目类别:面上项目
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资助金额:62.0万元
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批准年份:2017
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负责人:李鹏
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依托单位:
多芯光纤中空间结构光场的多参量调控研究
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批准号:11404262
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:30.0万元
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批准年份:2014
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负责人:李鹏
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依托单位:
国内基金
海外基金