聚多巴胺改性Ti-13Ta-12Sn合金表面增强聚己内酯涂层的双重抗菌/抗粘附功能研究

本研究创新性地通过聚多巴胺(PDA)界面修饰Ti-13Ta-12Sn合金表面，显著提升聚己内酯(PCL)电纺纤维涂层的粘附强度（提升达3倍），并负载香芹酚(CAR)实现双重抗菌/抗生物膜功能。该工作为骨科和牙科植入物提供了兼具机械稳定性和抗感染性能的表面工程解决方案，其热力学分析(ΔGadh)为理解细菌粘附机制提供了新视角。

　　

Highlight亮点

通过仿生聚多巴胺(PDA)界面工程实现聚合物-金属"分子胶水"效应，突破性解决医用钛合金表面聚合物涂层易剥离的行业难题，同时赋予天然抗菌剂香芹酚(CAR)的缓释功能，为抗感染植入器械研发提供"一箭双雕"的创新策略。

Materials材料

聚己内酯(PCL，Mw 80,000 g/mol)购自Sigma-Aldrich，N,N-二甲基甲酰胺(DMF)和氯仿(CF)来自Merck。实验使用超纯水(电阻率18.2 MΩ·cm)，多巴胺(≥98%)、香芹酚(CAR，98%)和三羟甲基氨基甲烷(Tris)均购自Sigma-Aldrich。

Analysis and characterization of treated titanium alloy surfaces coated with PCL fibers经PCL纤维涂层的钛合金表面分析

图2显示未处理钛合金、PDA处理钛合金(Ti-PDA)、PCL涂层(Ti-PDA-PCL)及含40wt% CAR的PCL涂层(Ti-PDA-PCL-CAR40)的ATR-FTIR光谱。未处理钛合金(黑线)无特征吸收峰，而PDA处理样品在1500-1600 cm^-1出现典型儿茶酚振动峰，证实成功构建"分子锚定层"。PCL涂层在1720 cm^-1出现显著酯羰基峰，CAR负载样品额外显示810 cm^-1处芳香环特征峰，犹如在钛表面构建了"抗菌分子盔甲"。

Conclusions结论

Ti-13Ta-12Sn合金经多巴胺原位聚合改性后，电纺PCL涂层粘附强度提升达3倍，这归功于PDA层创造的"分子级粘合口袋"。载入天然抗菌剂CAR的PCL纤维对金黄色葡萄球菌(SA)、耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(MRSA)和铜绿假单胞菌(PA)展现快速杀菌效能：40% CAR配方3小时内抑制革兰阳性菌，5小时对抗PA。该研究开创性地将热力学粘附分析(ΔG_adh)与生物膜防治相结合，为开发"智能抗感染"植入涂层提供了新范式。