CN111298203B - 一种抗菌肽涂层及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

一种抗菌肽涂层，由植入体在多肽共聚物溶液中浸泡获得，所述多肽共聚物具有良好的抗菌性能。所述共聚物为聚(赖氨酸‑无规‑苯丙氨酸)‑嵌段‑聚多巴。所述赖氨酸和苯丙氨酸无规共聚的摩尔比为1︰(0.4～3)；末端聚多巴的聚合度为1～4。所述多肽共聚物对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的最小抑菌浓度在10μg/mL～500μg/mL。其制备方法为：先利用胺和氨基酸环内酸酐在常温下一锅法开环聚合反应产生共聚物，然后将该多肽共聚物溶于水中形成溶液，最后将植入体浸泡于其中得到抗菌肽涂层。该抗菌肽涂层制备过程简便、具有不产生细菌耐药性和生物相容性好的特点，在预防植入体内的医疗器械感染等领域有广泛的应用前景。

Description

一种抗菌肽涂层及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于高分子材料领域，涉及抗菌涂层及其制备方法和应用。
背景技术
抗菌肽类聚合物因其具有优异的广谱抗菌性，细胞毒性小，并且不易产生耐药性等特点引起关注。研究者们普遍认可抗菌肽是通过物理膜破坏的机理使细菌内容物外流，从而导致细菌死亡。除了天然提取的抗菌肽外，人们更多地开始通过合成的方式获取抗菌多肽。其中α-氨基酸-N-羧基酸酐(N-carboxyanhydrides,NCA)开环聚合是一种液相合成方法，可用来设计合成大批量的不同种类、序列的氨基酸类聚合物，该方法制备聚肽具有生产成本低且产率高等优点。
植入体感染是很严重的临床并发症，主要是由于细菌粘附在植入体表面形成具有高度结构性、协调性和功能性的生物被膜，从而导致感染易发，难以治愈。临床预防感染以及治疗感染的过程中都需要使用大量抗生素，容易导致细菌耐药性的产生。而涂层可以从化学组成、表面形态、亲疏水性、表面电荷等等入手影响细菌初始黏附的过程，从而达到有效防止生物被膜形成的目的。因此，国内外科学家对于抗菌涂层的制备研究一直保持着浓厚的兴趣。常见的释放型抗菌涂层可以通过释放银离子、抗生素、一氧化氮等杀死感染部位附近的细菌。而接触型抗菌涂层则可以通过在表面接枝阳离子聚合物如季铵盐类聚合物，壳聚糖衍生物等来实现有效抗菌。基于体内感染这一复杂的环境，以及临床细菌耐药性的产生，单一功能的抗菌涂层已经无法满足日益增长的临床需求。抗菌涂层需要在抗菌的同时，考虑到减少细菌耐药性产生的风险，并且具有良好的生物相容性，以促进组织整合。
目前制备涂层的化学方法主要包括化学接枝、溶胶-凝胶法、电化学沉积法、酸蚀、阳极氧化法、微弧氧化等方法；物理方法包括层层自组装、离子注入、喷砂、等离子喷涂、热喷涂、表面陶瓷化、激光处理等。大部分制备涂层的步骤繁琐复杂，对于植入体材料的大小以及形状也有所限制。寻求一种高效简单并且适应性强的方法对抗菌涂层制备将会很有帮助。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，主要目的在于提供一种涂覆简单，细胞相容性好且不易产生耐药性的抗菌肽涂层。
本发明的另一个目的在于提供一种上述抗菌肽涂层的制备方法。
本发明的第三个目的在于提供上述抗菌肽涂层的用途。
为达到上述目的，本发明的解决方案是：
一种预防植入体感染的抗菌肽涂层的制备方法和应用，该涂层通过在一种多肽共聚物水溶液中浸泡后获得，多肽共聚物中赖氨酸和苯丙氨酸以1︰(0.4～3)的摩尔比无规共聚，末端则由聚合度为1～4的聚多巴组成。其制备方法为：先利用胺和氨基酸环内酸酐在常温下一锅法开环聚合反应产生共聚物，然后将该多肽共聚物溶于水中形成溶液，最后将植入体浸泡于其中得到抗菌肽涂层。该抗菌肽涂层制备过程简便、具有不产生细菌耐药性和生物相容性好的特点，在预防植入体内的医疗器械感染等领域有广泛的应用前景。
进一步而言，一种抗菌肽涂层，由植入体在多肽共聚物溶液中浸泡获得。所述多肽共聚物为聚(赖氨酸-无规-苯丙氨酸)-嵌段-聚多巴，结构式为：
优选地，赖氨酸和苯丙氨酸无规共聚的摩尔比为1︰(0.4～3)；末端聚多巴的聚合度为1～4。该多肽共聚物具有良好的抗菌性能，对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的最小抑菌浓度在10μg/mL～100μg/mL。并且能够在多种金属材料、有机材料、及无机非金属材料表面表面有效涂覆，减小基材表面与水的接触角5-30°。抗菌肽涂层能够进行接触杀菌，有效杀灭102～106CFU/cm2的细菌。
一种上述抗菌肽涂层的制备方法，包括如下步骤：
(1)多肽共聚物的合成
使用小分子引发剂、苄氧羰基赖氨酸环内酸酐、苯丙氨酸环内酸酐和第一类有机溶剂制得所述多肽共聚物；
(2)抗菌肽涂层的制备
将步骤(1)所得的多肽共聚物溶解在水溶液中，配合植入体制得所述抗菌肽涂层。
可选地，(1)多肽共聚物的合成步骤
将小分子引发剂，苄氧羰基赖氨酸环内酸酐、苯丙氨酸环内酸酐和第一类有机溶剂相混合，于20～40℃反应12～60h；再加入左旋多巴环内酸酐，于20～30℃反应12～30h。整个过程为一锅法制备，用大量水洗、透析冻干后得到中间产物。然后在氢溴酸的醋酸溶液中进行脱保护处理，在第二类有机溶剂中沉淀，透析冻干后得到所述多肽共聚物粉末。
(2)抗菌肽涂层的制备步骤
将步骤(1)所得的多肽共聚物溶解在pH＝7.0～10.0的水溶液中，配成2～10mg/mL的溶液，将植入体完全浸没在溶液中静置12～48h，拿出后经过冲洗干燥得到抗菌肽涂层；
其中步骤(1)中的所述引发剂为正己胺，N-(叔丁氧羰基)乙醇胺，苯胺等伯胺小分子中的一种。所述第一类有机溶剂为二氯甲烷，N,N-二甲基甲酰胺，正己烷，二甲亚砜，乙酸乙酯，四氢呋喃中的一种或几种，体积为10～200mL。所述第二类有机溶剂为丙酮，二氯甲烷，己烷，乙醚中的一种或几种。所述小分子引发剂、所述苄氧羰基赖氨酸环内酸酐、所述苯丙氨酸环内酸酐、所述左旋多巴环内酸酐的摩尔比例为1︰(8～20)︰(6～18)︰(1～4)。
上述抗菌肽涂层可作为植入体表面抗菌涂层应用。优选地，所述抗菌肽涂层在抑制大肠杆菌或金黄色葡萄球菌产生生物被膜时得以应用。
上述抗菌肽涂层在对比商用抗生素不易产生细菌耐药性方面得以应用。
上述的抗菌肽涂层与细胞之间存在良好相容性的应用。
由于采用上述方案，本发明的有益效果是：
第一、本发明的多肽共聚物制备步骤十分简单，一锅法制备，并且原料便宜、产率高，有利于大量生产。
第二、本发明采用经过设计和筛选的赖氨酸和苯丙氨酸无规短链作为抗菌肽链段，具有阳离子和两亲性的特点，通过膜破坏的抗菌机理对革兰式阳性菌和革兰式阴性菌都具有很好的抗菌性能，并且与商用抗生素相比不易使金黄色葡萄球菌产生耐药性。
第三、本发明中在末端引入邻苯二酚基团，使得多肽共聚物能够通过与金属之间的配位作用等共价键作用以及氢键、π-π相互作用以及范德华力非共价键相互作用，通过简单的浸涂方法形成抗菌肽涂层，该方法对多种金属材料、有机材料、及无机非金属材料表面都有很强的适应性，并且对植入体的形状大小没有限制。
第四、本发明抗菌肽涂层对于成骨细胞有良好的生物相容性，与正常钛片上成骨细胞的生长情况相近，对于临床骨科植入体中解决感染问题的同时促进组织整合具有很广阔的应用前景。
附图说明
图1为本发明实施例一中的涂有抗菌肽涂层的静态接触角照片。
图2为本发明实施例一中的抗菌肽涂层表面接触杀菌的涂板结果。
图3为本发明实施例一中的抗菌肽涂层表面细菌的扫描电子显微镜照片。
图4为本发明实施例一中的多肽共聚物耐药性实验的效果。
图5为本发明实施例一中的抗菌肽涂层表面成骨细胞生长的荧光显微镜照片。
具体实施方式
以下结合附图所示实施例对本发明作进一步的说明。
本发明提供了一种抗菌肽涂层，由植入体在多肽共聚物溶液中浸泡获得。
该多肽共聚物为聚(赖氨酸-无规-苯丙氨酸)-嵌段-聚多巴，简称Poly(Phe-stat-Lys)-co-PDOPA，其反应方程式如下：其中赖氨酸和苯丙氨酸的摩尔比优选为1︰(0.5～0.8)，该范围内的阳离子与两亲性特点结合较好，抗菌效果比较优异。左旋多巴氨基酸酐的开环聚合反应在赖氨酸和苯丙氨酸无规聚合后发生，在末端引入邻苯二酚基团，使多肽共聚物在形成涂层时抗菌肽链段能最大程度舒展的环境中进行抗菌作用。由于邻苯二酚基团对各种基材都具有粘附性，因此能够在多种金属材料、有机材料及无机非金属材料表面形成涂层。该涂层能够覆盖整个植入体，厚度为8～30nm，使基材表面亲水性增强，接触角减小5～30°。能够进行接触杀菌，有效杀死102～106CFU/cm2的细菌。
上述抗菌肽涂层的制备方法包括如下步骤：
(1)多肽共聚物的合成步骤
将小分子引发剂，苄氧羰基赖氨酸环内酸酐、苯丙氨酸环内酸酐和第一类有机溶剂相混合，在抽真空环境下于20～40℃反应12～60h；再加入现制现用的左旋多巴环内酸酐，在抽真空环境下于20～30℃反应12～30h。整个过程为一锅法制备，用大量水洗、透析冻干后得到中间产物。然后在氢溴酸的醋酸溶液中进行脱保护处理，在第二类有机溶剂中沉淀，透析冻干后得到所述多肽共聚物粉末。
本步骤中引发剂可为正己胺，N-(叔丁氧羰基)乙醇胺，苯胺等伯胺小分子中的一种。第一类有机溶剂为二氯甲烷，N,N-二甲基甲酰胺，正己烷，二甲亚砜，乙酸乙酯，四氢呋喃中的一种或几种，体积为10～200mL。第二类有机溶剂为丙酮，二氯甲烷，己烷，乙醚中的一种或几种。小分子引发剂、苄氧羰基赖氨酸环内酸酐、苯丙氨酸环内酸酐、左旋多巴环内酸酐的摩尔比例可为1︰(8～20)︰(6～18)︰(1～4)。不同的摩尔比可调整得到不同的抗菌效果，而随着多巴的聚合度增大，粘附性能会相应提升。更高的聚合度则会影响聚合物的水溶性。
以上制备左旋多巴环内酸酐以及处理产物都要在氩气保护的过程中进行，因为邻苯二酚基团长期暴露于空气中易被氧化从而影响粘附。
(2)抗菌肽涂层的制备步骤
将步骤(1)所得的多肽共聚物溶解在pH＝7.0～10.0的水溶液中，配成2～10mg/mL的溶液，将植入体完全浸没在溶液中静置12～48h，拿出后经过冲洗干燥得到抗菌肽涂层。
<抗菌肽涂层的应用>
1.本发明的抗菌肽涂层可以用作植入体表面抗菌涂层。
本发明的抗菌肽涂层制备简单，仅需将金属植入体浸泡在多肽共聚物溶液中即可得到。抗菌肽链段能够在有效杀死表面细菌的同时不易产生细菌耐药性，并且对于成骨细胞具有很好的生物相容性，保证其在植入体表面的生长。本发明能够有效防止植入体表面细菌生物被膜的形成，从而预防临床各类植入体感染的发生。
实施例一
本实施例提供了一种抗菌肽涂层的制备方法，包括如下步骤：
(1)多肽共聚物的合成步骤
将0.10g正己胺(即1.00mmol)、4.00g苄氧羰基赖氨酸环内酸酐Z-Lys-NCA(即13.0mmol)、2.10g苯丙氨酸环内酸酐Phe-NCA(即10.9mmol)溶于20mLN，N-二甲基甲酰胺(DMF)中，反应48小时。然后称量0.28g现制现用的黄色粘稠状左旋多巴环内酸酐L-DOPA-NCA(即1.18mmol)，加入反应烧瓶中继续反应24h。反应完成后，向烧瓶中加入大量的去离子水进行水洗，冷冻干燥得到白色产物。取2.00g白色产物加入50mL烧瓶中，向其中加入约15mLHBr/CH3COOH溶液，在氩气保护下搅拌溶解，反应4小时。将反应后溶液滴入100mL丙酮溶液中沉淀，重复用丙酮清洗沉淀，然后透析冷冻干燥，得到聚合物粉末。
(2)抗菌肽涂层的制备步骤
将步骤(1)中所得的多肽共聚物溶解在去离子水(pH＝7.0)中配成10mg/mL的溶液。植入体在室温下整体浸没在溶液中24小时，随后用磷酸缓冲盐溶液(PBS)漂洗，干燥后得抗菌肽涂层。
所述多肽共聚物的赖氨酸和苯丙氨酸以1︰1.2的摩尔比无规共聚，末端则由聚合度为1的聚多巴组成，对革兰氏阳性菌(MIC＝32μg/mL)和革兰氏阴性菌(MIC＝400μg/mL)均具有优异的抗菌活性。所述抗菌肽涂层的厚度约为26nm，与水的静态接触角减小20°，接触杀菌效率达105CFU/cm2；所述的抗菌肽涂层作为广谱抗菌涂层，具有防止细菌生物被膜膜状结构形成的功效，与万古霉素相比不易使金黄色葡萄球菌产生细菌耐药性，涂层表面成骨细胞在5天内生长情况良好。
该抗菌肽涂层的静态接触角如图1所示，与纯钛片相比，涂层使钛片表面亲水性增强，接触角减小20°，厚度为26nm。由图2可知该抗菌肽涂层具有良好的接触抗菌性能，能够杀死105CFU/cm2的大肠杆菌以及金黄色葡萄球菌。图3扫描电镜图像进一步说明了该抗菌肽涂层相比纯钛片表面没有形成细菌生物被膜。图4为该多肽共聚物对金黄色葡萄球菌的耐药性测试结果，在连续培养15天后，其最小抑菌浓度依然没有发生明显的变化，而万古霉素则在第10天时就产生了明显的耐药性。图5则证明成骨细胞在该抗菌涂层上有良好的生长情况。
实施例二
本实施例提供了一种抗菌肽涂层的制备方法，包括如下步骤：
(1)多肽共聚物的合成步骤
将0.10g正己胺(即1.00mmol)、4.30g苄氧羰基赖氨酸环内酸酐Z-Lys-NCA(即14.0mmol)、0.90g苯丙氨酸环内酸酐Phe-NCA(即4.67mmol)溶于20mL四氢呋喃(THF)中，反应48小时。然后称量0.28g现制现用的黄色粘稠状左旋多巴环内酸酐L-DOPA-NCA(即1.18mmol)，加入反应烧瓶中继续反应24h。反应完成后，向烧瓶中加入大量的去离子水进行水洗，冷冻干燥得到白色产物。取2.00g白色产物加入50mL烧瓶中，向其中加入约15mL HBr/CH3COOH溶液，在氩气保护下搅拌溶解，反应4小时。将反应后溶液滴入100mL乙醚溶液中沉淀，重复用乙醚清洗沉淀，然后透析冷冻干燥，得到聚合物粉末。
(2)抗菌肽涂层的制备步骤
将步骤(1)中所得的多肽共聚物溶解在去离子水(pH＝8.5)中配成5mg/mL的溶液。植入体在室温下整体浸没在溶液中12小时，随后用磷酸缓冲盐溶液(PBS)漂洗，室温干燥后得抗菌肽涂层。
所述多肽共聚物的赖氨酸和苯丙氨酸以1︰3的摩尔比无规共聚，末端则由聚合度为1的聚多巴组成，对革兰氏阳性菌(MIC＝100μg/mL)和革兰氏阴性菌(MIC＝500μg/mL)均具有优异的抗菌活性。所述抗菌肽涂层的厚度约为18nm，与水的静态接触角减小5°，接触杀菌效率达103CFU/cm2；所述的抗菌肽涂层作为广谱抗菌涂层，具有防止细菌生物被膜膜状结构形成的功效，与万古霉素相比不易使金黄色葡萄球菌产生细菌耐药性，涂层表面成骨细胞在5天内生长情况良好。
实施例三
本实施例提供了一种抗菌肽涂层的制备方法，包括如下步骤：
(1)多肽共聚物的合成步骤
将0.16gN-(叔丁氧羰基)乙醇胺(即1.00mmol)、4.00g苄氧羰基赖氨酸环内酸酐Z-Lys-NCA(即13.0mmol)、2.10g苯丙氨酸环内酸酐Phe-NCA(即10.9mmol)溶于20mL二甲基亚砜(DMSO)中，在常温下抽真空反应48小时。然后称量0.546g现制现用的黄色粘稠状左旋多巴环内酸酐L-DOPA-NCA(即2.3mmol)，加入反应烧瓶中继续反应24h。反应完成后，向烧瓶中加入大量的去离子水进行水洗，冷冻干燥得到白色产物。取2.00g白色产物加入50mL烧瓶中，向其中加入约15mL HBr/CH3COOH溶液，在氩气保护下搅拌溶解，反应4小时。将反应后溶液滴入100mL正己烷溶液中沉淀，经过透析冷冻干燥，得到聚合物粉末。
(2)抗菌肽涂层的制备步骤
将步骤(1)中所得的多肽共聚物溶解在去离子水(pH＝7.0)中配成5mg/mL的溶液。植入体在室温下整体浸没在溶液中24小时，随后用磷酸缓冲盐溶液(PBS)漂洗，室温干燥后得抗菌肽涂层。
所述多肽共聚物的赖氨酸和苯丙氨酸以1︰1.2的摩尔比无规共聚，末端则由聚合度为2的聚多巴组成，对革兰氏阳性菌(MIC＝50μg/mL)和革兰氏阴性菌(MIC＝300μg/mL)均具有优异的抗菌活性。所述抗菌肽涂层的厚度约为30nm，与水的静态接触角减小15°，接触杀菌效率达106CFU/cm2；所述的抗菌肽涂层作为广谱抗菌涂层，具有防止细菌生物被膜膜状结构形成的功效，与青霉素G钠盐相比不易使金黄色葡萄球菌产生细菌耐药性，涂层表面成骨细胞在6天内生长情况良好。
实施例四
将0.16gN-(叔丁氧羰基)乙醇胺(即1.00mmol)、2.46g苄氧羰基赖氨酸环内酸酐Z-Lys-NCA(即8.00mmol)、3.85g苯丙氨酸环内酸酐Phe-NCA(即20.0mmol)溶于20mLN，N-二甲基甲酰胺(DMF)中，反应48小时。然后称量1.00g现制现用的黄色粘稠状左旋多巴环内酸酐L-DOPA-NCA(即4.2mmol)，用无水DMF直接溶解后用针筒抽取加入反应烧瓶中继续反应24h。反应完成后，向烧瓶中加入大量的去离子水进行水洗，冷冻干燥得到白色产物。取2.00g白色产物加入50mL烧瓶中，向其中加入15mL HBr/CH3COOH溶液，在氩气保护下搅拌溶解，反应4小时。将反应后溶液滴入100mL丙酮溶液中沉淀，重复用丙酮清洗沉淀，然后透析冷冻干燥，得到聚合物粉末。
(2)抗菌肽涂层的制备步骤
将步骤(1)中所得的多肽共聚物溶解在去离子水(pH＝7.0)中配成2.5mg/mL的溶液。植入体在室温下整体浸没在溶液中24小时，随后用磷酸缓冲盐溶液(PBS)漂洗，干燥后得抗菌肽涂层。
所述多肽共聚物的赖氨酸和苯丙氨酸以1︰0.4的摩尔比无规共聚，末端则由聚合度为4的聚多巴组成，对革兰氏阳性菌(MIC＝200μg/mL)和革兰氏阴性菌(MIC＝500μg/mL)均具有优异的抗菌活性。所述抗菌肽涂层的厚度约为8nm，与水的静态接触角减小30°，接触杀菌效率达102CFU/cm2；所述的抗菌肽涂层作为广谱抗菌涂层，具有防止细菌生物被膜膜状结构形成的功效，与万古霉素相比不易使金黄色葡萄球菌产生细菌耐药性，涂层表面成骨细胞在7天内生长情况良好。
综上所述，本发明的制备方法胺和酸酐在常温下进行开环聚合反应，所用原料便宜，方法简单，可大量制备。由于共聚物中有赖氨酸和苯丙氨酸无规链段的存在，具有抗菌肽的良好抗菌功能，并且不易产生细菌耐药性。聚多巴链段中邻苯二酚基团的存在则可以是多肽共聚物通过简单的浸涂方式在金属钛片表面制备得到抗菌涂层，该涂层能有效通过表面抗菌阻止细菌在表面形成生物被膜，并且对于成骨细胞有很好的细胞相容性，因此可以在预防骨科植入体感染领域有广泛的应用前景。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种抗菌肽涂层，其特征在于：由植入体在多肽共聚物溶液中浸泡获得，所述多肽共聚物具有良好的抗菌性能；
所述共聚物为聚（赖氨酸-无规-苯丙氨酸）-嵌段-聚多巴；
所述赖氨酸和苯丙氨酸无规共聚的摩尔比为1︰（0.4～3）；末端聚多巴的聚合度为1～4；
所述多肽共聚物对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的最小抑菌浓度在10μg/mL～500μg/mL；
所述的抗菌肽涂层能够在植入体表面有效涂覆，厚度为8～30nm，减小基材表面与水的接触角5～30°；
所述的抗菌肽涂层能够进行接触杀菌，有效杀灭102～106CFU/cm2的细菌。
2.根据权利要求1所述的抗菌肽涂层，其特征在于：植入体材料包括金属、无机非金属及有机材料。
3.一种权利要求1至2中任一所述抗菌肽涂层的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）多肽共聚物的合成
使用小分子引发剂、苄氧羰基赖氨酸环内酸酐、苯丙氨酸环内酸酐和第一类有机溶剂制得所述多肽共聚物；
（2）抗菌肽涂层的制备
将步骤（1）所得的多肽共聚物溶解在水溶液中，配合植入体制得所述抗菌肽涂层。
4.根据权利要求3所述的抗菌肽涂层的制备方法，其特征在于：
（1）多肽共聚物的合成
将小分子引发剂，苄氧羰基赖氨酸环内酸酐、苯丙氨酸环内酸酐和第一类有机溶剂相混合，在抽真空环境下于20～40°C反应12～60h；再加入左旋多巴环内酸酐，于20～30°C反应12～30h；整个过程为一锅法制备，用大量水洗、透析冻干后得到中间产物；然后在氢溴酸的醋酸溶液中进行脱保护处理，在第二类有机溶剂中沉淀，透析冻干后得多肽共聚物粉末。
5.根据权利要求3所述的抗菌肽涂层的制备方法，其特征在于：
（2）抗菌肽涂层的制备
将步骤（1）所得的多肽共聚物溶解在pH = 7.0～10.0的水溶液中，配成2～10mg/mL的溶液，将植入体完全浸没在溶液中静置12～48h，拿出后经过冲洗干燥得到抗菌肽涂层。
6.根据权利要求3所述的抗菌肽涂层的制备方法，其特征在于：步骤（1）中的所述小分子引发剂为正己胺，N-(叔丁氧羰基)乙醇胺，苯胺中的一种。
7.根据权利要求4所述的抗菌肽涂层的制备方法，其特征在于：所述第一类有机溶剂为二氯甲烷，N,N-二甲基甲酰胺，正己烷，二甲亚砜，乙酸乙酯，四氢呋喃中的一种或几种，体积为10～200mL；所述第二类有机溶剂为丙酮，二氯甲烷，己烷，乙醚中的一种或几种。
8.根据权利要求7所述的抗菌肽涂层的制备方法，其特征在于：所述小分子引发剂、所述苄氧羰基赖氨酸环内酸酐、所述苯丙氨酸环内酸酐、所述左旋多巴环内酸酐的摩尔比例为1︰（8～20）︰（6～18）︰（1～4）。
9.根据权利要求3所述抗菌肽涂层的制备方法，其特征在于：步骤（1）制得的多肽共聚物具有良好的水溶性，能够形成透明的溶液。
10.权利要求1至2中任一所述的抗菌肽涂层作为植入体表面抗菌涂层的应用。
11.根据权利要求10所述的抗菌肽涂层作为植入体表面抗菌涂层的应用，其特征在于：所述抗菌肽涂层用于抑制大肠杆菌或金黄色葡萄球菌产生生物被膜。
12.权利要求1至2中任一所述的抗菌肽涂层在降低细菌耐药性风险方面的应用。
13.权利要求1至2中任一所述的抗菌肽涂层在需要具有生物相容性以促进组织整合方面的应用。
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111671971B (zh) * 2020-07-30 2022-01-25 齐鲁工业大学 伯氨基暴露量为6％的多肽单层膜及其制备方法与应用
CN111840660B (zh) * 2020-07-30 2021-12-14 齐鲁工业大学 一种亲水性多肽单层膜及制备方法与应用
CN111671970B (zh) * 2020-07-30 2021-12-14 齐鲁工业大学 伯氨基暴露量为7％的多肽单层膜及其制备方法与应用
CN111840636B (zh) * 2020-07-30 2022-01-18 齐鲁工业大学 伯氨基暴露量为5％的多肽单层膜及其制备方法与应用

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104628829A (zh) * 2015-02-06 2015-05-20 浙江大学 抗菌肽wy-21及其应用
CN110041523A (zh) * 2019-04-15 2019-07-23 同济大学 低代树枝状聚赖氨酸类抗菌肽及其制备方法

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070020312A1 (en) * 2005-07-20 2007-01-25 Desnoyer Jessica R Method of fabricating a bioactive agent-releasing implantable medical device
CN105497980A (zh) * 2016-01-21 2016-04-20 湖北大学 一种聚多肽生物活性涂层和一种生物材料及其制备方法和应用
CN105949322B (zh) * 2016-05-12 2019-08-20 苏州大学附属第一医院 一种适用于“一步法”改性医用钛基材料的生物模拟活性肽
CN106279635B (zh) * 2016-08-10 2019-01-25 同济大学 类抗菌肽和囊泡及其制备方法和应用
CN107459654B (zh) * 2017-08-03 2020-05-26 天津大学 一种模拟抗菌肽共聚物及其制备方法
CN110054732A (zh) * 2019-05-15 2019-07-26 中山大学 表面涂层聚合物、其制备方法及应用
CN110527080A (zh) * 2019-07-29 2019-12-03 同济大学 两亲性多嵌段类抗菌肽共聚物及其制备方法和应用
CN110585482B (zh) * 2019-08-02 2022-03-01 大连理工大学 一种具有抗菌性能的杂萘联苯聚芳醚腈及其表面改性方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104628829A (zh) * 2015-02-06 2015-05-20 浙江大学 抗菌肽wy-21及其应用
CN110041523A (zh) * 2019-04-15 2019-07-23 同济大学 低代树枝状聚赖氨酸类抗菌肽及其制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
《Highly efficient antibacterial diblock copolypeptides based on lysine and phenylalanine.》;Xiaokai Su et al.;《Biopolymers》;20171231;第107卷(第11期);第1-7页 *

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