铜-聚多巴胺/聚乙烯亚胺涂层改善聚醚醚酮的体外抗菌性能

doi:10.12307/2026.419

中国组织工程研究 ›› 2026, Vol. 30 ›› Issue (30): 7910-7917.doi: 10.12307/2026.419

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铜-聚多巴胺/聚乙烯亚胺涂层改善聚醚醚酮的体外抗菌性能

徐朕钰1，胡金涵2，刘哲2，何晓勇2，刘娟2，杨明兴2，安翔鸿2，尚婉琼2，徐国强2，3

1廊坊首都医科大学附属北京潞河医院香河医康医院口腔科，河北省廊坊市 065400；2新疆医科大学第一附属医院(附属口腔医院)口腔修复种植科，新疆维吾尔自治区乌鲁木齐市 830054；3新疆维吾尔自治区口腔医学研究所，新疆维吾尔自治区乌鲁木齐市 830054

收稿日期:2025-09-26 修回日期:2026-01-05 出版日期:2026-10-28 发布日期:2026-09-12
通讯作者: 徐国强，硕士，副教授，主任医师，新疆医科大学第一附属医院(附属口腔医院)口腔修复种植科，新疆维吾尔自治区乌鲁木齐市 830054；新疆维吾尔自治区口腔医学研究所，新疆维吾尔自治区乌鲁木齐市 830054
作者简介:徐朕钰，女，1998年生，天津市人，汉族，硕士，主要从事聚醚醚酮表面改性等方向的研究。
基金资助:
新疆自治区科技支疆项目计划(2024E02053)，项目负责人：徐国强

Copper-polydopamine/polyethyleneimine coating improves in vitro antimicrobial properties of polyetheretherketone

Xu Zhenyu1, Hu Jinhan2, Liu Zhe2, He Xiaoyong2, Liu Juan2, Yang Mingxing2, An Xianghong2, Shang Wanqiong2, Xu Guoqiang2, 3

1Department of Stomatology, Xianghe Yikang Hospital (Beijing Luhe Hospital Affiliated to Capital Medical University), Langfang 065400, Hebei Province, China; 2Department of Prosthodontics and Dental Implantology, First Affiliated Hospital of Xinjiang Medical University (Affiliated Stomatological Hospital), Urumqi 830054, Xinjiang Uyghur Autonomous Region, China; 3Xinjiang Uygur Autonomous Region Institute of Stomatology, Urumqi 830054, Xinjiang Uyghur Autonomous Region, China

Received:2025-09-26 Revised:2026-01-05 Online:2026-10-28 Published:2026-09-12
Contact: Xu Guoqiang, MS, Associate professor, Chief physician, Department of Prosthodontics and Dental Implantology, First Affiliated Hospital of Xinjiang Medical University (Affiliated Stomatological Hospital), Urumqi 830054, Xinjiang Uyghur Autonomous Region, China; Xinjiang Uygur Autonomous Region Institute of Stomatology, Urumqi 830054, Xinjiang Uyghur Autonomous Region, China
About author:Xu Zhenyu, MS, Department of Stomatology, Xianghe Yikang Hospital (Beijing Luhe Hospital Affiliated to Capital Medical University), Langfang 065400, Hebei Province, China
Supported by:
Science and Technology Support Project of Xinjiang Uygur Autonomous Region, No. 2024E02053 (to XGQ)

摘要/Abstract

摘要：

文题释义：
聚醚醚酮：一种新型高性能工程塑料，主链结构为1个酮键、2个醚键、3个芳香环构成的重复单元，具有良好的机械性能和化学稳定性，在骨植入物及口腔医学领域具有广阔的应用前景。
聚多巴胺/聚乙烯亚胺共沉积涂层：受贻贝启发的聚多巴胺涂层沉积过程中会出现大颗粒聚集体，聚乙烯亚胺在与聚多巴胺沉积过程中与其发生迈克尔加成和席夫碱反应，使沉积的涂层更加均匀、亲水性更佳，引入的铜可以与聚乙烯亚胺进行协同抗菌，赋予涂层良好的抗菌性能。

背景：聚醚醚酮具有优异的机械性能，有望替代钛及钛合金种植体，但口内菌群环境复杂，聚醚醚酮的抗菌活性较差，容易引发种植体周围炎，导致植入失败。
目的：在聚醚醚酮表面构建具有良好生物相容性的抗菌涂层，提高聚醚醚酮的抗菌活性。
方法：①制备磺化聚醚醚酮，将磺化聚醚醚酮分别浸泡在聚多巴胺溶液中24 h、聚多巴胺/聚乙烯亚胺溶液中20 h与含5，10，15 mmol/L CuSO4·5H2O的聚多巴胺/聚乙烯亚胺溶液中18 h，制备涂层，对应的样品分别记为PDA-SPEEK、PDA/PEI600-SPEEK、Cu(5)-PDA/PEI600-SPEEK、Cu(10)-PDA/PEI600-SPEEK、Cu(15)-PDA/PEI600-SPEEK。通过扫描电镜、傅里叶红外光谱仪、X射线能量色散谱、接触角测量仪，分析改性前后聚醚醚酮的表面形貌、表面官能团、元素构成及亲水性改变。②将金黄色葡萄球菌(或牙龈卟啉单胞菌)分别与未改性聚醚醚酮及上述5种改性聚醚醚酮样品共培养，通过菌落计数实验及细菌黏附实验检测涂层的体外抗菌性能。③将小鼠胚胎成骨细胞前体细胞MC3T3-E1分别与未改性聚醚醚酮及5种改性聚醚醚酮样品的浸提液共培养，采用CCK-8法检测涂层的细胞相容性。
结果与结论：①扫描电镜显示，与PDA-SPEEK、PDA/PEI600-SPEEK组相比，Cu(5)-PDA/PEI600-SPEEK、Cu(10)-PDA/PEI600-SPEEK、Cu(15)-PDA/PEI600-SPEEK组涂层更加均匀致密。X射线能量色散谱、傅里叶红外光谱结果显示，改性前后聚醚醚酮表面的元素及官能团改变，表明涂层成功制备。改性后聚醚醚酮表面的亲水性高于未改性聚醚醚酮，并且随着涂层中铜浓度的增加，改性聚醚醚酮表面的亲水性提高。②菌落计数实验及细菌黏附实验显示，未改性聚醚醚酮不具备抗菌性能，PDA/PEI600-SPEEK的抗菌能力强于PDA-SPEEK，Cu(5)-PDA/PEI600-SPEEK、Cu(10)-PDA/PEI600-SPEEK、Cu(15)-PDA/PEI600-SPEEK的抗菌能强于PDA/PEI600-SPEEK。③CCK-8实验显示，5种改性聚醚醚酮样品具有良好的细胞相容性。结果表明，含铜聚多巴胺/聚乙烯亚胺共沉积涂层赋予了聚醚醚酮良好的抗菌性能。
https://orcid.org/0009-0007-7325-0288(徐朕钰)

中国组织工程研究杂志出版内容重点：干细胞；骨髓干细胞；造血干细胞；脂肪干细胞；肿瘤干细胞；胚胎干细胞；脐带脐血干细胞；干细胞诱导；干细胞分化；组织工程

关键词: 聚醚醚酮, 聚多巴胺, 聚乙烯亚胺, 表面改性, 抗菌活性, 涂层

Abstract: BACKGROUND: Polyetheretherketone (PEEK) has excellent mechanical properties and is expected to replace titanium and titanium alloy implants. However, the complex environment of intraoral flora and the poor antimicrobial activity of PEEK can easily cause peri-implantitis and implant failure.
OBJECTIVE: To construct a biocompatible antimicobial coatings on PEEK surfaces to improve the antimicrobial activity of PEEK.
METHODS: (1) Sulfonated PEEK was prepared and immersed in polydopamine solution for 24 hours, polydopamine/polyethyleneimine solution for 20 hours, and polydopamine/polyethyleneimine solutions containing 5, 10, and 15 mmol/L CuSO4·5H2O for 18 hours to prepare coatings. The corresponding samples were labeled as PDA-SPEEK, PDA/PEI600-SPEEK, Cu(5)-PDA/PEI600-SPEEK, Cu(10)-PDA/PEI600-SPEEK, and Cu(15)-PDA/PEI600-SPEEK, respectively. Scanning electron microscopy, Fourier transform infrared spectroscopy, X-ray energy dispersive spectroscopy, and contact angle measurements were used to analyze the surface morphology, surface functional groups, elemental composition, and hydrophilicity changes of PEEK before and after modification. (2) Staphylococcus aureus (or Porphyromonas gingivalis) was co-cultured with unmodified PEEK and the five modified PEEK samples. The in vitro antibacterial performance of the coatings was detected by colony counting and bacterial adhesion experiments. (3) Mouse embryonic osteoblast precursor cells MC3T3-E1 were co-cultured with the extracts of unmodified PEEK and the five modified PEEK samples. The cytocompatibility of the coatings was detected using the CCK-8 assay.
RESULTS AND CONCLUSION: (1) Scanning electron microscopy showed that the coatings of the Cu(5)-PDA/PEI600-SPEEK, Cu(10)-PDA/PEI600-SPEEK, and Cu(15)-PDA/PEI600-SPEEK groups were more uniform and dense compared to the PDA-SPEEK and PDA/PEI600-SPEEK groups. X-ray energy dispersive spectroscopy and Fourier transform infrared spectroscopy results showed changes in the elements and functional groups on the PEEK surface before and after modification, indicating the successful preparation of the coating. The hydrophilicity of the modified PEEK surface was higher than that of the unmodified PEEK, and the hydrophilicity of the modified PEEK surface increased with increasing copper concentration in the coating. (2) Colony counting and bacterial adhesion experiments showed that unmodified PEEK did not possess antibacterial properties, PDA/PEI600-SPEEK had stronger antibacterial activity than PDA-SPEEK, and Cu(5)-PDA/PEI600-SPEEK, Cu(10)-PDA/PEI600-SPEEK, and Cu(15)-PDA/PEI600-SPEEK had stronger antibacterial activity than PDA/PEI600-SPEEK. (3) CCK-8 assay showed that all five modified PEEK samples had good cytocompatibility. The results indicate that the copper-containing polydopamine/polyethyleneimine co-deposited coating endowed PEEK with excellent antibacterial properties.

Key words: polyetheretherketone, polydopamine, polyethyleneimine, surface modification, antimicrobial activity, coating

中图分类号:

徐朕钰, 胡金涵, 刘哲, 何晓勇, 刘娟, 杨明兴, 安翔鸿, 尚婉琼, 徐国强. 铜-聚多巴胺/聚乙烯亚胺涂层改善聚醚醚酮的体外抗菌性能[J]. 中国组织工程研究, 2026, 30(30): 7910-7917.

Xu Zhenyu, Hu Jinhan, Liu Zhe, He Xiaoyong, Liu Juan, Yang Mingxing, An Xianghong, Shang Wanqiong, Xu Guoqiang. Copper-polydopamine/polyethyleneimine coating improves in vitro antimicrobial properties of polyetheretherketone[J]. Chinese Journal of Tissue Engineering Research, 2026, 30(30): 7910-7917.

图/表（结果） 6

2.1 各组样品理化性能表征结果
2.1.1 各组样品的表面形貌扫描电镜观察显示，未改性聚醚醚酮表面光滑，磺化聚醚醚酮表面出现均匀的多孔结构；当聚多巴胺沉积到磺化聚醚醚酮表面会出现团聚现象，甚至堵塞磺化聚醚醚酮表面的孔隙；而聚多巴胺/聚乙烯亚胺共沉积在磺化聚醚醚酮表面后，材料出现更加均匀致密的涂层，说明聚乙烯亚胺的引入能够有效抑制聚多巴胺颗粒的形成；铜的引入使样品表面的涂层更加均匀，其中Cu(15)-PDA/PEI600-SPEEK组涂层最均匀，表面几乎观察不到团聚的大颗粒聚集体，见图2。
2.1.2 各组样品的傅里叶红外光谱未改性聚醚醚酮、PDA-SPEEK、PDA/PEI600-SPEEK、Cu(15)-PDA/PEI600-SPEEK的傅里叶红外光谱，如图3所示。与未改性聚醚醚酮相比，PDA-SPEEK、PDA/PEI600-SPEEK、Cu(15)-PDA/PEI600-SPEEK在3 500 cm-1附近处表现出增强的特征峰，考虑可能为 O-H 伸缩振动、NH2伸缩振动，表明多巴胺成功涂覆到聚醚醚酮基底上；在Cu(15)-PDA/PEI600的傅里叶红外光谱上可观察到1 750 cm-1一个新的特征峰，这些峰表明铜的引入促进了聚多巴胺中C=O的形成，在1 638 cm-1处出现新的尖峰考虑C=N键，为聚多巴胺与聚乙烯亚胺反应产生的席夫碱结构。
2.1.3 各组样品的X射线能谱 X射线能谱元素分析可以得出样品涂层沉积前后各元素的变化，结果如表2所示。未改性聚醚醚酮表面存在C、O，表面存在额外的N，考虑为空气中的N吸附；PDA-SPEEK涂层中O的含量为22.74%，N含量为4.92%，N/O比值约为0.2；PDA/PEI600-SPEEK涂层中O、N的含量分别为21.87%，12.26%，N/O比值约为0.56，聚乙烯亚胺中只含有C、N两种元素，而聚多巴胺含有C、N、O，PDA/PEI600-SPEEK涂层中N/O比值上升表明聚乙烯亚胺成功沉积在聚醚醚酮表面；在

Cu(5)-PDA/PEI600-SPEEK、Cu(10)-PDA/PEI600-SPEEK、Cu(15)-PDA/PEI600-SPEEK涂层中，随着涂层中铜浓度的提升，样品表面的铜含量提升，当铜浓度为15 mmol/L时样品表面的铜含量最高。
2.1.4 各组样品表面的水接触角通过测量改性前后聚醚醚酮的水接触角来评价聚醚醚酮表面的亲水性，结果见图4。未改性聚醚醚酮表面的水接触角为(79.66±1.84)°，由于多巴胺中含有亲水的羟基和氨基，PDA-SPEEK表面的水接触角降至(65.50±3.37)°，说明改性后聚醚醚酮表面亲水性明显提升；因为聚乙烯亚胺含有丰富的氨基，引入聚乙烯亚胺后进一步提高了改性聚醚醚酮表面的亲水性，PDA/PEI600-SPEEK表面的水接触角为(58.15±4.62)°；铜的引入能够增加样品表面的粗糙度，所以改性聚醚醚酮表面的水接触角随着铜浓度的增加而降低，Cu(15)-PDA/PEI600-SPEEK表面的水接触角显著降低至(31.78±4.73)°。
2.2 各组样品的细胞相容性检测结果 CCK-8检测结果显示，培养24 h，各组细胞吸光度值比较差异无显著性意义(P > 0.05)；培养48 h，Cu(15)-PDA/PEI600-SPEEK组细胞吸光度值高于未改性聚醚醚酮组(P < 0.05)；培养72 h，Cu(5)-PDA/PEI600-SPEEK组、Cu(10)-PDA/PEI600-SPEEK组、Cu(15)-PDA/PEI600-SPEEK组细胞细胞吸光度值高于对照组、聚醚醚酮组(P < 0.05，P < 0.01)，Cu(10)-PDA/PEI600-SPEEK组、Cu(15)-PDA/PEI600-SPEEK组细胞细胞吸光度值高于PDA/PEI600-SPEEK组(P < 0.05)，见图5。
如表3所示，PDA-SPEEK、PDA/PEI600-SPEEK、Cu(5)-PDA/PEI600-SPEEK、Cu(10)-PDA/PEI600-SPEEK、Cu(15)-PDA/PEI600-SPEEK组的细胞相对增殖率均大于75%，细胞毒性分级均为0或1，显示细胞无毒性。

2.3 各组样品的抗菌性能检测结果
2.3.1 平板菌落计数实验图6显示了各组样品与金黄色葡萄球菌或牙龈卟啉单胞菌共培养后菌落在固体平板上的培养结果以及相应抗菌率。阳离子聚合物聚乙烯亚胺赋予涂层的一定的抗菌能力，与PDA-SPEEK相比，PDA/PEI600-SPEEK对金黄色葡萄球菌和牙龈卟啉单胞菌的抗菌率分别为(40.43±11.84)%和(54.99±3.36)%。由于铜优异的抗菌活性，Cu(15)-PDA/PEI600的抗菌率有显著提高，对金黄色葡萄球菌和牙龈卟啉单胞菌的抗菌率分别为(95.21±1.01)%和(99.33±0.14)%，表明铜和聚乙烯亚胺两种组分的引入实现了协同抗菌的作用，并且随着涂层中铜浓度的提高，涂层的抗菌率呈升高趋势。
2.3.2 细菌黏附实验如图7，8所示，在聚醚醚酮与PDA-SPEEK表面可以观察到大量的细菌覆盖，甚至成膜，部分细菌处于分裂状态；在PDA/PEI600-SPEEK表面可以观察到细菌数量明显减少，加入铜后细菌在数量减少的同时发生形变，并且随着涂层中铜浓度的增加，细菌的细胞膜从皱缩到塌陷破裂。

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引言

由于牙列缺损、牙列缺失患者数量逐年增加，导致种植修复的需求大幅增长。临床常见的种植修复材料钛及钛合金的弹性模量为110 GPa，比人体骨骼要高出许多，其产生的应力屏蔽效应可能导致种植手术失败[1]。聚醚醚酮的弹性模量与人体骨骼更为接近，是一种具有良好应用前景的口腔种植材料[2]。但是口腔是一种开放有菌的环境，寄居着超过700多种微生物[3]，对材料的抗菌性能有着一定要求。聚醚醚酮属于生物惰性材料，生物活性差，几乎不具有抗菌性[4]，因此需要改善聚醚醚酮的抗菌性能，使其能更好地应用于临床。
含有大量儿茶酚和氨基官能团的多巴胺，于碱性、有氧潮湿的条件下可以在金属、玻璃等各种材料表面发生聚合反应，形成聚多巴胺涂层[5]，该涂层可以增加材料的亲水性、表面活性，为接枝提供二次修饰平台，目前为止已有多糖、酶、蛋白质及其他聚合物被成功接枝到聚多巴胺涂层上[6-8]。基于优异的黏附性能和生物相容性，聚多巴胺涂层在对医学生物材料进行表面改性方面有着极其广泛的应用[9]，但传统的多巴胺沉积时间长，导致涂层表面出现较大颗粒，并且进行功能化改性时需要二次沉积，步骤繁琐。
聚多巴胺/聚乙烯亚胺的共沉积涂层能减少大颗粒聚多巴胺分子的聚集现象，并且涂层的亲水性能也有一定提高[10]。聚乙烯亚胺作为单一的抗菌成分抗菌效果有限，因此，有研究将聚乙烯亚胺进行季胺化或者加入纳米银颗粒[11-12]，但存在二次沉积过程复杂化、银离子具有较高细胞毒性、原材料价格昂贵等问题，难以大量应用于临床。
铜作为一种持久且高效的抗菌材料，能抑制细菌、病毒等多种病原微生物的生长，不容易产生耐药性[13]。WANG等[14]研究发现，CuSO4/H2O2可以通过氧化还原反应加速聚多巴胺的沉积，并且涂层表面引入铜可赋予材料良好的抗菌性能。
此次研究通过CuSO4/H2O2催化氧化实现了聚醚醚酮表面聚多巴胺/聚乙烯亚胺的快速沉积，最终形成铜-聚多巴胺/聚乙烯亚胺共沉积涂层，对样品的表面形貌、表面元素、亲水性、表面官能团等理化特征以及抗菌性能、细胞相容性进行检测，旨在为聚醚醚酮的表面改性提供一种快捷实用的途径，改善聚醚醚酮的抗菌性能，实现聚醚醚酮在口腔种植领域的广泛应用。
中国组织工程研究杂志出版内容重点：干细胞；骨髓干细胞；造血干细胞；脂肪干细胞；肿瘤干细胞；胚胎干细胞；脐带脐血干细胞；干细胞诱导；干细胞分化；组织工程

材料方法

1.1 设计材料的制备与表征，实验方案设计见图1。

1.2 时间及地点实验于2023年3-9月在新疆医科大学中心实验室完成。
1.3 材料
1.3.1 主要材料、试剂及仪器医用级聚醚醚酮(君华特塑有限公司，中国)；盐酸多巴胺(Sigma-Aldric，美国)；聚乙烯亚胺(600 Da，上海麦克林生化科技股份有限公司，中国)；CuSO4·5H2O(天津鑫铂特化工有限公司，中国)；30%H2O2 (新疆医科大学中心实验室提供)；Tris-HCl缓冲液(碧云天，中国)；98%H2SO4(新疆医科大学中心实验室提供)；琼脂粉(青岛高科技工业园海博生物技术有限公司，中国)；胰蛋白胨(青岛高科技工业园海博生物技术有限公司，中国)；氯化钠(天津鑫铂特化工有限公司，中国)；酵母浸膏(北京鸿润宝顺科技有限公司，中国)；哥伦比亚血琼脂培养基(南京全隆生物技术有限公司，中国)；CCK-8试剂盒(Biosharp，中国)；胎牛血清、α-MEM培养基 (Gibco公司，美国)。
扫描电镜电镜 (Jeol，日本)；接触角测量仪(KINO，美国)；X射线能色谱仪(OXFORD，英国)；傅里叶变换红外光谱仪(Themo Fish，美国)。
1.3.2 实验用细菌及细胞金黄色葡萄球菌(编号：BNCC186067)牙龈卟啉单胞菌(编号：BNCC353909)(北纳创联生物科技有限公司，中国)；小鼠胚胎成骨细胞前体细胞MC3T3-E1为新疆医科大学协同中心实验室冻存细胞株，使用含体积分数10%胎牛血清的α-MEM培养基培养，置于37 ℃、体积分数5%CO2培养箱中，选用三四代细胞进行实验。
1.4 实验方法
1.4.1 磺化聚醚醚酮的制备使用砂纸将聚醚醚酮(直径1 cm，厚度0.5 mm)逐级打磨至2 000目，丙酮、无水乙醇、去离子水各清洗3次，每次30 min；置于真空干燥箱中40 ℃干燥1 h，121 ℃下高温高压灭菌后备用。将灭菌后的聚醚醚酮放入98%H2SO4中，置于磁力搅拌器(500 r/min)中反应5 min，放入去离子水中停止反应，丙酮、无水乙醇、去离子水超声清洗各清洗3次，每次30 min；将磺化聚醚醚酮置于真空干燥箱中40 ℃干燥1 h，备用。
1.4.2 磺化聚醚醚酮表面涂层的制备
涂层反应溶液的配置：①将盐酸多巴胺(2 g/L)溶解在Tris-HCl缓冲液(pH=8.5)中配置成聚多巴胺溶液；②将分子质量为600 Da的聚乙烯亚胺(2 g/L)添加到聚多巴胺溶液中，获得聚多巴胺/聚乙烯亚胺溶液；③将分子质量为600 Da的聚乙烯亚胺(2 g/L)溶解在Tris-HCI缓冲溶液中，依次加入CuSO4·5H2O(5，10，15 mmol/L)、盐酸多巴胺(2 g/L)和体积分数30%H2O2，制备含5，10，15 mmol/L铜的聚多巴胺/聚乙烯亚胺溶液。
涂层的制备：将磺化聚醚醚酮分别浸入10 mL的聚多巴胺溶液、聚多巴胺/聚乙烯亚胺溶液与含5，10，15 mmol/L铜的聚多巴胺/聚乙烯亚胺溶液中，避光置于恒温摇床(37 ℃，160 r/min)中反应，聚多巴胺溶液、聚多巴胺/聚乙烯亚胺溶液、含铜聚多巴胺/聚乙烯亚胺溶的反应时间分别为24，20，18 h，获得的样品分别记为PDA-SPEEK、PDA/PEI600-SPEEK、Cu(5)-PDA/PEI600-SPEEK、Cu(10)-PDA/PEI600-SPEEK、Cu(15)-PDA/PEI600-SPEEK。
反应结束后，所有样品均使用蒸馏水反复冲洗，使用真空干燥箱干燥后备用。
1.4.3 样品理化性能的检测未改性聚醚醚酮与上述5种改性聚醚醚酮样品的表面结构主要使用扫描电子显微镜观察，表面官能使用傅里叶红外光谱检测，具体参数为：分辨率为4 cm-1，扫描次数为32次，范围400-4 000 cm-1，施加均匀、适度力量压紧材料，采集光谱。样品表面元素变化使用X射线能谱仪分析。使用接触角测量仪通过测量样品与水的夹角来衡量涂层对聚醚醚酮亲水性改善，每个样品测试3次，使用仪器附带的接触角分析软件计算水接触角数据。
1.4.4 CCK-8法检测样品的细胞相容性选定小鼠胚胎成骨细胞前体细胞MC3T3-E1对未改性聚醚醚酮、PDA-SPEEK、PDA/PEI600-SPEEK、Cu(5)-PDA/PEI600-SPEEK、Cu(10)-PDA/PEI600-SPEEK、Cu(15)-PDA/PEI600-SPEEK进行细胞相容性测试。
样品浸提液的制备：将6组样品在紫外灯下消毒2 h，按浸提介质与样品表面积10 mL∶1 cm2的比例，将α-MEM培养基放入装有样品的细胞培养皿中，置于37 ℃、体积分数5%CO2培养箱中孵育24 h，制备样品浸提液。
实验分组：将MC3T3-E1细胞接种于96孔板中，细胞密度为3×103/孔，置于37 ℃、体积分数5%CO2培养箱中孵育24 h后弃培养基，分组培养：对照组加入100 μL α-MEM培养基，聚醚醚酮组、PDA-SPEEK组、PDA/PEI600-SPEEK组、Cu(5)-PDA/PEI600-SPEEK组、Cu(10)-PDA/PEI600-SPEEK组、Cu(15)-PDA/PEI600-SPEEK组分别加入对应的材料浸提液100 μL，每组设3个复孔，置于37 ℃、体积分数5%CO2培养箱中孵育。培养24，48，72 h后，每孔加入10 μL CCK-8工作液，置于37 ℃、体积分数5%CO2培养箱中避光孵育1 h；使用酶标仪测量450 nm波长处吸光度(A)值，计算细胞相对增殖率。根据表1评价样品的毒性等级。

细胞相对增殖率(%)=A实验组/A对照组×100%

1.4.5 样品的体外抗菌性能评估
细菌培养：将金黄色葡萄球菌接种在LB琼脂培养基上，在37 ℃下常氧培养；将牙龈卟啉单胞菌接种在哥伦比亚血琼脂培养基上，于厌氧环境(体积分数80%N2、10%H2和10%CO2)中37 ℃下培养。选择第3代菌株制备细菌悬液，并稀释至1×108 cfu/mL备用。
平板菌落计数实验：将未改性聚醚醚酮与5种改性聚醚醚酮样品在超净台中紫外线下照射消毒2 h，置于2 mL金黄色葡萄球菌(或牙龈卟啉单胞菌)悬液中，金黄色葡萄球菌与各组样品在常氧环境下共养24 h，牙龈卟啉单胞菌与各组样品在厌氧环境中共培养5 d。培养结束后，使用无菌PBS冲洗掉样品表面的浮菌后置于10 mL无菌PBS中，超声振荡15 min分离黏附在样品表面的细菌，将振荡液稀释100倍，取50 μL稀释液涂布在LB固体培养基或哥伦比亚血琼脂固体培养基上，分别在有氧环境下培养24 h、厌氧环境下培养96 h，使用Image J软件计数菌落，计算抗菌率。对照组为未改性聚醚醚酮与菌液共培养组。
抗菌率(%)=(对照组菌落值-实验组菌落值)/对照组菌落值×100%
细菌黏附实验：将无菌未改性聚醚醚酮与5种改性聚醚醚酮样品置于24孔板中，每孔加入2 mL金黄色葡萄球菌(或牙龈卟啉单胞菌)悬液，样品在常氧环境下与金黄色葡萄球菌共培养24 h，在厌氧环境下与牙龈卟啉单胞菌共培养5 d。培养结束后，使用无菌PBS冲洗3次，将样品浸入2.5%戊二醛溶液中于4 ℃避光固定过夜，经体积分数30%，40%，50%，60%，80%，90%，100%乙醇中梯度脱水，干燥喷金后扫描电镜下观察。
1.5 主要观察指标各组样品的表面特征、细胞相容性及抗菌性能。
1.6 统计学分析实验数据用x±s表示，采用Graph Pad Prism 9.0软件进行统计分析，多组间比较使用one-way ANOVE检验，事后比较采用LSD法。P < 0.05为差异有显著性意义。该文统计学方法已经新疆医科大学统计学专家审核。

讨论

聚醚醚酮具有优异的力学性能、稳定的化学性能以及良好的生物相容性，相比于钛合金、316 L不锈钢等传统金属骨植入物与人骨骼的密度、弹性模量更匹配[15]，不会干扰CT、MRI成像，并且聚醚醚酮的导热率为0.29 W/m/K，更接近人类皮质骨的导热率[16]，可以避免金属骨植入物高导热率引起的异常感觉等问题。由于这些优点，聚醚醚酮骨植入物作为商品逐渐进入市场，聚醚醚酮椎间融合器已使用多年，在口腔医学领域，聚醚醚酮作为可摘局部义齿、赝复体支架已被广泛应用，但是作为种植体植入颌骨受到材料本身性能的限制，因为聚醚醚酮的生物惰性使它几乎不具有抗菌性能，植入口腔这种长期开放、菌群复杂的环境中面临着较高的感染风险。
目前提高聚醚醚酮的生物活性的主流方法主要有2种：一种是通过与羟基磷灰石[17]、硅酸钙等生物活性填料共混制作聚醚醚酮复合材料，提高聚醚醚酮的成骨、抗菌活性，但是生物活性填料的加入会影响聚醚醚酮本身的力学性能；另一种策略为表面改性，通过激光[18]、辐照等方法改善聚醚醚酮的表面形貌[19]，或者在聚醚醚酮表面制作涂层，改善其在植入环境中与软硬组织的结合能力。聚醚醚酮表面活性官能团的缺少导致对聚醚醚酮进行涂层改性存在一定困难，有研究表明，将磺化聚醚醚酮浸入多巴胺溶液中即可在聚醚醚酮表面形成聚多巴胺涂层[20]。聚多巴胺涂层自2007年首次提出便广泛应用于各种基底材料的改性[21]，其反应条件温和简单，在室温下通过简单的浸渍即可在材料表面形成多功能聚合物涂层，可以改变聚醚醚酮表面的亲水性，也可作为中间层进一步接枝药物[22]、生长因子和螯合金属离子[23-25]，赋予聚醚醚酮良好的成骨、抗菌、抗炎等生物活性。
聚多巴胺共沉积改性技术的提出，既能减少涂层构建的时间又能实现一步表面功能化，使改性变得更加简单。相比于分步修饰的方法，聚多巴胺/聚乙烯亚胺共沉积策略能够通过涂层的共价沉积实现一步功能化策略，提高沉积速率，沉积涂层也趋于稳定，减少聚多巴胺沉积过程中出现的团聚现象[26]。
除了加入共沉积组分能改善聚多巴胺涂层的沉积效果和沉积速度外，改变反应条件也能改善聚多巴胺涂层的沉积，如反应环境的pH值、温度[27-28]、氧化环境等。CuSO4和H2O2相互作用产生的自由基可以加快聚多巴胺沉积[29]，利用CuSO4/H2O2催化氧化体系加快反应速度同时，引入金属离子能够赋予改性材料一定的抗菌性能。
此次研究利用CuSO4/H2O2催化氧化体系在聚醚醚酮表面构建聚多巴胺/聚乙烯亚胺共沉积涂层，聚乙烯亚胺能够破坏聚多巴胺颗粒的非共价相互作用，有效抑制聚多巴胺在沉积过程中的团聚，使涂层更加均匀一致；在反应进行过程中，CuSO4/H2O2产生的自由基能够极大提高聚多巴胺的沉积速率，同时能为聚多巴胺/聚乙烯亚胺共沉积提供更多的反应位点。但是沉积时间过长反而增加涂层厚度[29]，造成大颗粒聚集的现象[2]，传统聚多巴胺涂层沉积时间为24 h，此次研究在沉积时间为
18 h时，中止反应后通过扫描电镜观察到改性后的涂层均匀一致，未见大颗粒的聚多巴胺聚集体沉积，涂层的表面均匀一致，将铜浓度调整为15 mmol/L时生成的涂层更加均匀致密。聚乙烯亚胺中含有N、C两种元素，而聚多巴胺中还有O元素，因此，当聚乙烯亚胺共沉积涂层的N/O比上升表明聚乙烯亚胺沉积在聚醚醚酮表面。傅里叶红外光谱检测结果显示，在1 750 cm-1出现的新肩峰归属于聚多巴胺中的C=O键，表明CuSO4/H2O2的引入加速了多巴胺的氧化[30]，促进多醌的形成，可为聚乙烯亚胺与聚多巴胺之间的席夫碱反应提供更多的反应位点。通过测量水接触角来分析材料亲水的变化，随着涂层中铜浓度的增加，改性聚醚醚酮表面的亲水性逐渐增加，不仅是因为聚乙烯亚胺的沉积为材料表面提供了大量氨基，铜的引入也增加了涂层的粗糙度，使水接触角进一步降低，使改性聚醚醚酮变得更为亲水。
聚乙烯亚胺表面带有的大量正电荷，靶向细菌细胞膜表面带有负电荷的蛋白，具有广谱抗菌活性。PDA/PEI600-SPEEK组平板上的菌落数少于聚醚醚酮组与PDA-SPEEK组，但是抗菌率低于80%，这一结果表明，聚乙烯亚胺作为单一抗菌组分具有一定的抗菌能力，但是抗菌能力明显不足，考虑原因可能是聚乙烯亚胺沉积含量不足以及其结构中含有的含碳疏水链过少[31]；这时铜的引入使涂层的抗菌能力有明显提升，当铜浓度为15 mmol/L
时，样品对于金黄色葡萄球菌和牙龈卟啉单胞菌的抗菌率分别为(95.21±1.00)%和(99.33±0.14)%，赋予了聚醚醚酮良好的抗菌性能。这是由于CuSO4/H2O2催化氧化体系在加速反应速度的同时，利用聚多巴胺的螯合能力将铜沉积在聚醚醚酮表面，固定在聚醚醚酮表面的微量铜除了通过直接接触杀菌破坏细菌细胞膜的完整性之外，还会产生活性氧，通过氧化应激反应对脂质、蛋白质和 DNA 造成损害抑制细菌的呼吸，导致细菌死亡。并且CuSO4/H2O2作为反应的催化剂促进了多醌的形成，为聚多巴胺/聚乙烯亚胺的之间的席夫碱反应提供了更多的反应位点，增加涂层沉积量，与聚乙烯亚胺一起起到协同抗菌作用。细胞相对增殖率检测结果表明，在不同时间下所有改性聚醚醚酮组的细胞毒性等级均为0，证明改性聚醚醚酮不具有细胞毒性，细胞相容性良好。
综上所述，此次研究通过一步法在聚醚醚酮表面构建了一种简单快速的共沉积涂层，该涂层使用聚乙烯亚胺对聚多巴胺的沉积过程进行改善，避免了沉积不均匀的现象，同时通过CuSO4/H2O2系统触发聚多巴胺快速反应的同时在聚醚醚酮表面引入铜，与聚乙烯亚胺起到协同抗菌的作用，对需氧菌金黄色葡萄球菌及厌氧菌牙龈卟啉单胞菌有明显的杀菌作用，其中Cu(10)-PDA/PEI600-SPEEK组涂层表面形貌最均匀一致、亲水性最佳，表面固定铜元素的含量最高，并且对金黄色葡萄球菌、牙龈卟啉单胞菌的抗菌活性达到分别达到了95%，99%，这种简便、迅速沉积在聚醚醚酮表面的涂层赋予了聚醚醚酮抗微生物的活性，具有一定的应用前景。沉积过程的调控、涂层的稳定性、体内外的生物检测以及表面改性对聚醚醚酮导热性能、机械性能的影响仍是未来的研究方向。
中国组织工程研究杂志出版内容重点：干细胞；骨髓干细胞；造血干细胞；脂肪干细胞；肿瘤干细胞；胚胎干细胞；脐带脐血干细胞；干细胞诱导；干细胞分化；组织工程

铜-聚多巴胺/聚乙烯亚胺涂层改善聚醚醚酮的体外抗菌性能

Copper-polydopamine/polyethyleneimine coating improves in vitro antimicrobial properties of polyetheretherketone

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