微流控技术构建聚甲基丙烯酸甲酯-亚胺培南复合体：热稳定性提升对抗假体关节感染的活性研究

本研究针对假体关节感染(PJIs)防治中广谱抗生素热不稳定的难题，通过微流控技术将亚胺培南(IMP)嵌入聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)骨水泥基质，成功实现抗生素热保护。实验证实IMP-PMMA复合体在95°C热处理后仍保持对耐药菌株（如CIPR/CTXR）的抑菌活性，为骨科感染防治提供新策略。

　　

在骨科手术领域，假体关节感染（PJIs）如同挥之不去的阴影，每年导致大量患者面临植入物失效和反复手术的痛苦。传统骨水泥中掺入的抗生素如庆大霉素虽能对抗革兰阳性菌，但对日益猖獗的耐药革兰阴性菌（如铜绿假单胞菌和产ESBL肺炎克雷伯菌）却束手无策。更棘手的是，碳青霉烯类抗生素亚胺培南（IMP）虽能有效对抗这些"超级细菌"，却在骨水泥高温固化过程中像冰淇淋般迅速失效。这一矛盾如同给消防员配备易融化的水枪，让骨科医生陷入两难境地。

为破解这一困局，来自中国台湾地区的研究团队在《Colloids and Surfaces B: Biointerfaces》发表创新研究。他们巧妙利用微流控技术这一"分子组装流水线"，将IMP与骨水泥主要成分聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）在微米级通道中精准结合。通过自组装形成的IMP-PMMA复合颗粒，就像给抗生素穿上纳米级隔热服，使其在骨水泥固化时的高温环境下存活。研究团队采用三步走策略：首先通过微流控芯片实现两相流体精确混合，接着用冷冻干燥技术固定复合结构，最后通过透析实验和抑菌试验验证其缓释性能和热稳定性。

3.1. 制备与表征
扫描电镜显示IMP-PMMA形成2-6μm的球形颗粒（图3），差示扫描量热仪（DSC）检测到其玻璃化转变温度（T_g）降至94°C，表明材料在高温下仍保持柔性。这种结构变化如同在混凝土中加入弹性纤维，使药物分子在热冲击下获得缓冲空间。

3.2. 释放特性
倒置透析实验揭示（图5），PMMA基质使IMP释放延迟15-25%，符合Fickian扩散与零级释放复合模型。这相当于在抗生素分子逃离的路径上设置多道减速带，既避免突释又延长作用时间。

3.3. 抗菌活性验证
最令人振奋的结果出现在抑菌实验（图6-7）：经95°C处理15分钟后，游离IMP完全失效，而IMP-PMMA对耐药肺炎克雷伯菌（CIP^R/CTX^R）的抑菌圈仍保持2.3cm。更妙的是，在37°C模拟体内环境时，复合体将IMP的有效期从7天延长至14天，如同为抗生素安装了"缓释电池"。

这项研究的意义不仅在于技术突破，更开创了"抗生素节约策略"新思路——仅用5%的药物负载量就实现热保护与缓释双重功能。虽然目前封装效率有待提升，但该方案为对抗骨科植入物感染提供了全新武器库。未来通过优化微流控参数和选用功能化PMMA衍生物，或将催生新一代"智能骨水泥"，让关节置换患者彻底摆脱感染噩梦。正如研究者指出，该技术还可拓展至其他热敏感药物，为生物材料与微流控的跨界融合树立典范。