聚酯人工韧带表面修饰多酚-锌层实现环丙沙星控释及抗菌性能提升

研究人员针对肌腱/韧带损伤修复中人工植入物易发生细菌感染的问题，通过在多聚酯人工韧带(PEAL)表面构建表没食子儿茶素没食子酸酯(EGCG)-Zn2+复合层，实现了环丙沙星(CIPRO)的定向吸附与缓释。该改性使材料具有超亲水性(接触角0°)、持续4小时的药物释放能力，对大肠杆菌抑制率达39mm，同时保持力学性能(断裂力402N)和生物相容性。这项发表于《Applied Surface Science》的研究为骨科植入物抗感染提供了创新解决方案。

　　

肌腱和韧带损伤是运动医学领域的常见问题，随着人口老龄化和运动普及，这类损伤的发生率持续攀升。传统治疗手段如自体移植存在供体有限、二次创伤等局限，而聚酯人工韧带(PEAL)虽具有优异的机械性能，却面临术后感染的严峻挑战——细菌在植入物表面形成生物膜后，会导致难以治愈的顽固性感染，往往需要多次翻修手术。更棘手的是，全身抗生素治疗存在代谢快、副作用大等问题，如何赋予人工植入物自身抗菌能力成为研究热点。

针对这一临床痛点，波兰研究团队创新性地将天然多酚与金属离子协同策略引入骨科植入物改性领域。他们选择绿茶提取物中的活性成分EGCG，这种富含酚羟基的化合物不仅能与Zn²⁺形成配位键，其抗氧化特性还可减轻植入部位的炎症反应。通过水热法在PEAL表面构建EGCG-Zn²⁺网络结构，再利用Zn²⁺与氟喹诺酮类抗生素环丙沙星(CIPRO)的配位作用实现药物负载，最终获得具有多重功能的复合人工韧带。这项突破性成果发表在材料科学权威期刊《Applied Surface Science》上。

研究采用紫外可见光谱(UV-Vis)定量药物吸附，X射线光电子能谱(XPS)分析表面化学组成，扫描电镜(SEM)观察形貌特征，结合密度泛函理论(DFT)计算分子相互作用机制。生物学评价包括：DPPH法测抗氧化活性；针对金黄色葡萄球菌、铜绿假单胞菌等病原体的抑菌圈和生物膜实验；MTT法检测HaCaT、A549等细胞系的相容性；qPCR分析炎症因子表达。

3. 结果
3.1 药物负载与表征
UV-Vis证实未改性PEAL无法吸附CIPRO，而EGCG-Zn²⁺修饰后可实现26%载药率(5.18μg/cm)。分子模拟显示Zn²⁺同时与EGCG的酚羟基、CIPRO的羧基形成四面体配位，结合能降低475kcal/mol。XPS检测到F1s(687eV)和N1s(399.6eV)特征峰，直接证明药物成功负载。

3.2 物理化学性能
改性后接触角从 hydrophobic 变为超亲水性(30秒内降至0°)，DPPH自由基清除率提升至31.5%。SBF中CIPRO呈现持续4小时的缓释特性，累计释放量达124%初始负载量。力学测试显示断裂力保持402±15N，证明改性不影响机械强度。

3.3 抗菌性能
抑菌圈实验显示PEAL-EGCG-Zn²⁺CIPRO对大肠杆菌抑制效果最显著(39mm)，优于铜绿假单胞菌(15mm)和金黄色葡萄球菌(14mm)。晶体紫染色证实该材料能使铜绿假单胞菌生物膜生物量降低50%(p<0.05)，MTT法显示其代谢活性同步下降。

3.4 生物相容性
细胞实验显示载药样品对HaCaT、Vero细胞存活率>90%。炎症因子检测发现A549细胞中IL-1β表达轻微上调，而HaCaT细胞中抗炎因子IL-10显著升高，表明材料具有炎症调控潜力。

这项研究开创性地将植物多酚-金属离子配位化学应用于人工韧带功能化，解决了三大关键技术难题：①通过分子自组装实现局部药物控释，避免全身给药副作用；②EGCG的抗氧化特性与Zn²⁺的抗菌作用协同增效；③保持聚酯基材力学性能不变。特别是对多重耐药的铜绿假单胞菌生物膜的抑制作用，为临床棘手的植入物相关感染提供了新解决方案。未来研究可进一步优化锌离子负载量以平衡抗菌性与细胞毒性，并开展大型动物实验验证长期效果。该技术路线也有望拓展至其他骨科植入物表面改性领域，展现出广阔的转化医学前景。