一種醫(yī)用鈦金屬材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種醫(yī)用鈦金屬材料及其制備方法，其具有具有抗細菌粘附和促成骨細胞生長功能，其包括：鈦金屬納米管基體、第一附著層和第二附著層。本發(fā)明所述第一附著層為3-(三氟甲基)芐基硫醇附著層，第二附著層為聚乙二醇類化合物附著層，引入這兩個附著層既提高聚乙二醇類化合物在鈦金屬表面的附著能力，又利用聚乙二醇類化合物提高鈦金屬抗細菌粘附能力，避免細菌在鈦金屬表面粘附繁殖。本發(fā)明在引入聚乙二醇類化合物附著層的過程中利用分子印跡方法，使鈦金屬材料具有對成骨細胞分子有效識別的功能，有利于成骨細胞在該材料表面固定生長。
【專利說明】一種醫(yī)用鈦金屬材料及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及生物醫(yī)用材料的表面改性領域，尤其涉及一種醫(yī)用鈦金屬材料及其制 備方法。 技術背景
[0002] 隨著醫(yī)療技術發(fā)展，醫(yī)用鈦金屬由于重量輕、質地硬而被廣泛應用在牙列缺損、骨 頭損失等疾病治療。而在做此類手術時很容易發(fā)生感染，有可能會導致大量抗生素治療、去 除種植體甚至死亡等嚴重后果。究其原因有兩點：菌斑在種植體表面聚集和種植體骨結合 界面抵抗能力低下。因此，需要提高鈦金屬材料的抗菌性能和促進成骨細胞生長功能。
[0003] 細菌在材料表面的生長，分成三步：首先是細菌在材料表面的粘附，然后是細菌的 繁殖，最后形成穩(wěn)定的生物膜。一旦細菌在材料表面形成生物膜，殺菌劑就很難對細菌發(fā)揮 作用。因此，具備抵抗細菌粘附功能的材料，可有效避免細菌產生的感染問題。乙二醇類化 合物對材料表面修飾被認為是抵抗細菌粘附最有效的方法。但是這種修飾方法的缺點是不 能提供成骨細胞在材料表面的固定和生長。
[0004] 納米技術的應用能夠有效的提高化合物和材料的粘合程度，避免化合物在材料上 脫落。
[0005] 近年來分子印跡技術發(fā)展極為迅速，其原理是：當模板分子（印跡分子）與聚合物 單體接觸時會形成多重作用點，通過聚合過程這種作用就會被記憶下來，當模板分子除去 后，聚合物中就形成了與模板分子空間構型相匹配的具有多重作用點的空穴，這樣的空穴 將對模板分子及其類似物具有選擇識別特性。
[0006] 因此，開發(fā)一種新的醫(yī)用鈦金屬材料及其制備方法，利用納米技術提高材料的粘 附能力，引入乙二醇類化合物附著層提高材料抗細菌粘附能力，同時利用分子印跡的技術 在鈦金屬材料表面附著層中引入與成骨細胞相匹配的作用點提高材料促成骨細胞生長功 能成為一個亟需解決的問題。
【發(fā)明內容】
[0007] 本發(fā)明的目的在于針對一般生物醫(yī)用材料的不足，提供一種醫(yī)用鈦金屬材料及其 制備方法，通過利用納米技術使鈦金屬表面形成納米管結構后，再引入3-(三氟甲基）芐基 硫醇附著層，再引入聚乙二醇類化合物附著層，既提高聚乙二醇類化合物在鈦金屬表面的 附著能力，防止脫落，又利用聚乙二醇類化合物提高鈦金屬抗細菌粘附能力，避免細菌在鈦 金屬表面粘附繁殖。
[0008] 本發(fā)明的另一個目的是，在引入聚乙二醇類化合物附著層的過程中利用分子印跡 方法，使鈦金屬材料具有對成骨細胞分子有效識別的功能，有利于成骨細胞在該材料表面 固定生長。
[0009] 本發(fā)明提供的技術方案是：
[0010] 一種醫(yī)用鈦金屬材料，其具有抗細菌粘附和促成骨細胞生長功能，其中，所述包 括：
[0011] 鈦金屬納米管基體，所述基體表面為納米管結構，所述納米管的管徑為90-100納 米；
[0012] 第一附著層，其為3_(三氟甲基）芐基硫醇附著層，其附著在所述基體的表面，通 過配位鍵與所述基體相連；
[0013] 第二附著層，其為聚乙二醇類化合物附著層，其附著在所述第一附著層的表面，通 過化學鍵與第一附著層相連，所述聚乙二醇類化合物由甲基丙烯酸聚乙二醇甲基醚酯和甲 基丙烯酸聚乙二醇酯在CuCl 2和乙醇環(huán)境下發(fā)生交聯(lián)反應得到；
[0014] 其中，所述第二附著層中還具有與成骨細胞空間構型相匹配的空穴。
[0015] 優(yōu)選的是，所述的醫(yī)用鈦金屬材料中，所述甲基丙烯酸聚乙二醇甲基醚脂的分子 量為：400-600,所述甲基丙烯酸聚乙二醇酯的分子量為：500-700。
[0016] 優(yōu)選的是，所述的醫(yī)用鈦金屬材料中，所述空穴是使用分子印跡方法，在所述甲基 丙烯酸聚乙二醇甲基醚酯和甲基丙烯酸聚乙二醇酯發(fā)生交聯(lián)反應的過程中引入成骨細胞， 然后再使用膠原酶去除成骨細胞得到的。
[0017] 一種醫(yī)用鈦金屬材料的制備方法，其中，所述包括以下步驟：
[0018] 步驟一、預處理：鈦片表面用碳化娃砂紙600號至1200號順序拋光，然后用丙酮、 乙醇和蒸餾水依次超聲30分鐘，80°C真空干燥，得到處理好的產物1 ;
[0019] 步驟二、鈦金屬納米管制備：在陽極氧化電解液中，將產物1連接到電源陽極，陰 極采用鉬片電極，將陽極氧化電壓按1V/S的速度緩慢遞加到最終電壓，氧化過程中電解液 一直電磁攪拌，陽極氧化處理完畢，立刻用大量蒸餾水沖洗，吹干，得到產物2 ;
[0020] 步驟三、引入第一附著層：將產物2浸泡于5mmol 3-(三氟甲基）芐基硫醇中，浸 泡24小時，蒸餾水洗凈，干燥，得到產物3 ;
[0021] 步驟四、分子印跡方法結合表面引發(fā)原子轉移自由基聚合法進行表面改性：將甲 基丙烯酸聚乙二醇甲基醚酯、甲基丙烯酸聚乙二醇酯、CuCl 2加入水和乙醇中，攪拌均勻，力口 入成骨細胞，攪拌均勻，加入面積為IXlcm2的產物3,加入CuCl，通氮氣保護下100°C反應 45分鐘得到產物4 ;
[0022] 步驟五、后處理：反應結束后，取出產物4,蒸餾水洗凈后放入裝有1% I型膠原酶 2ml的瓶中，消化30秒后取出，蒸餾水洗凈后超聲10分鐘，取出于80°C真空干燥，得到本發(fā) 明的產品。
[0023] 優(yōu)選的是，所述的醫(yī)用鈦的制備方法中，所述陽極氧化電解液為0. 5wt% HF溶液。
[0024] 優(yōu)選的是，所述的醫(yī)用鈦的制備方法中，所述甲基丙烯酸聚乙二醇甲基醚酯的用 量為90-100mmol，所述甲基丙烯酸聚乙二醇酯用量為0. 15-0. 2mmol，所述CuCl2用量為 4-6mmol，所述水的用量為20-40ml，所述乙醇用量為15-20ml。
[0025] 優(yōu)選的是，所述的醫(yī)用鈦的制備方法中，所述成骨細胞的密度為2X104/ml，用量 為 l_5ml。
[0026] 優(yōu)選的是，所述的醫(yī)用鈦的制備方法中，所述CuCl的用量為I. 5-1. 8mmol。
[0027] 本發(fā)明具有以下有益效果：首先，本發(fā)明利用納米技術使鈦金屬表面形成納米管 結構后，引入3_(三氟甲基）芐基硫醇附著層，再引入聚乙二醇類化合物附著層，使聚乙二 醇類化合物附著層能夠附著在納米管內部，既提高了聚乙二醇類化合物在鈦金屬表面的附 著能力，防止脫落，又利用聚乙二醇類化合物提高了鈦金屬抗細菌粘附能力，避免細菌在鈦 金屬表面粘附繁殖。
[0028] 其次，本發(fā)明在引入聚乙二醇類化合物附著層的過程中利用分子印跡方法，先將 成骨細胞引入聚乙二醇類化合物附著層中，再利用膠原酶將成骨細胞去除，使聚乙二醇類 化合物附著層形成與成骨細胞空間構型相匹配的空穴，使鈦金屬材料具有對成骨細胞分子 有效識別的功能。利用該方法制備的材料在作為植入體植入體內后，有利于成骨細胞在該 材料表面固定生長。
[0029] 再次，本發(fā)明運用去離子水和丙酮對鈦金屬基體表面進行超聲清洗，減少鈦金屬 表面氧化膜對附著層的影響，增大附著層和鈦金屬表面的接觸面積，提高附著層和鈦金屬 基體的結合力。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0030] 圖1為本發(fā)明所述鈦金屬材料與傳統(tǒng)鈦片對成骨細胞增殖活性影響的比較結果 對照圖。
【具體實施方式】
[0031] 下面結合實施例對本發(fā)明做詳細說明，以令本領域普通技術人員參閱本說明書后 能夠據(jù)以實施。
[0032] 如圖1、表1和表2所示，
[0033] -種醫(yī)用鈦金屬材料，其具有抗細菌粘附和促成骨細胞生長功能，其中，所述包 括：
[0034] 鈦金屬納米管基體，所述基體表面為納米管結構，所述納米管的管徑為90-100納 米，所述納米管的管口布置在基體表面，將所述基體作為陽極，鉬片作為陰極，在HF溶液中 通電，使所述基體表面形成納米結構；
[0035] 第一附著層，其為3_(三氟甲基）芐基硫醇附著層，其附著在所述基體的表面，通 過配位鍵與所述基體相連，所述附著層不僅通過化學鍵與所述幾天連接，而且能夠通過納 米管深入到基體內部，與基體發(fā)生強有力的粘合；
[0036] 第二附著層，其為聚乙二醇類化合物附著層，其附著在所述第一附著層的表面，通 過化學鍵與第一附著層相連，所述聚乙二醇類化合物由甲基丙烯酸聚乙二醇甲基醚酯和甲 基丙烯酸聚乙二醇酯在CuCl 2和乙醇環(huán)境下發(fā)生交聯(lián)反應得到；
[0037] 其中，所述第二附著層中還具有與成骨細胞空間構型相匹配的空穴。
[0038] 所述的醫(yī)用鈦金屬材料中，所述甲基丙烯酸聚乙二醇甲基醚脂的分子量為： 400-600,所述甲基丙烯酸聚乙二醇酯的分子量為：500-700。
[0039] 所述的醫(yī)用鈦金屬材料中，所述空穴是使用分子印跡方法，在所述甲基丙烯酸聚 乙二醇甲基醚酯和甲基丙烯酸聚乙二醇酯發(fā)生交聯(lián)反應的過程中引入成骨細胞，然后再使 用膠原酶去除成骨細胞得到的，所述醚脂和醇脂交聯(lián)反應后形成一種網絡結構的較穩(wěn)定的 聚乙二醇類化合物分子，在反應的過程中引入成骨細胞，待反應完畢后將成骨細胞去除，即 可在聚乙二醇類化合物的結構中留下能與成骨細胞空間構型相匹配的空穴。
[0040] 一種醫(yī)用鈦金屬材料的制備方法，其中，所述包括以下步驟：
[0041] 步驟一、預處理：鈦片表面用碳化硅砂紙600號至1200號順序拋光，然后用丙酮、 乙醇和蒸餾水依次超聲30分鐘，80°C真空干燥，得到處理好的產物1 ;
[0042] 步驟二、鈦金屬納米管制備：在陽極氧化電解液中，將產物1連接到電源陽極，陰 極采用鉬片電極，將陽極氧化電壓按1V/S的速度緩慢遞加到最終電壓，氧化過程中電解液 一直電磁攪拌，陽極氧化處理完畢，立刻用大量蒸餾水沖洗，吹干，得到產物2,產物2是表 面形成了納米管結構的鈦金屬基體；
[0043] 步驟三、引入第一附著層：將產物2浸泡于5mmol 3_(三氟甲基）芐基硫醇中，浸 泡24小時，蒸餾水洗凈，干燥，得到產物3 ;
[0044] 步驟四、分子印跡方法結合表面引發(fā)原子轉移自由基聚合法進行表面改性：將甲 基丙烯酸聚乙二醇甲基醚酯、甲基丙烯酸聚乙二醇酯、CuCl 2加入水和乙醇中，攪拌均勻，力口 入成骨細胞，攪拌均勻，加入面積為IXlcm2的產物3,加入CuCl，通氮氣保護下KKTC反應 45分鐘得到產物4 ;
[0045] 步驟五、后處理：反應結束后，取出產物4,蒸餾水洗凈后放入裝有1% I型膠原酶 2ml的瓶中，消化30秒后取出，蒸餾水洗凈后超聲10分鐘，取出于80°C真空干燥，得到本發(fā) 明的產品。
[0046] 所述的醫(yī)用鈦的制備方法中，所述陽極氧化電解液為0. 5wt% HF溶液。
[0047] 所述的醫(yī)用鈦的制備方法中，所述甲基丙烯酸聚乙二醇甲基醚酯的用量 為90-100mmol，所述甲基丙烯酸聚乙二醇酯用量為0. 15-0. 2mmol，所述CuCl2用量為 4-6mmol，所述水的用量為20-40ml，所述乙醇用量為15-20ml。
[0048] 所述的醫(yī)用鈦的制備方法中，所述成骨細胞的密度為2X104/ml，用量為l-5ml。
[0049] 所述的醫(yī)用鈦的制備方法中，所述CuCl的用量為I. 5-1. 8mmol。
[0050] 實施例1
[0051] -、產品制備
[0052] 鈦片表面用碳化娃砂紙600號至1200號順序拋光，然后用丙酮、乙醇和蒸饋水依 次超聲30分鐘，80°C真空干燥，得到處理好的產物1 ;在陽極氧化電解液中，將產物1連接 到電源陽極，陰極采用鉬片電極，將陽極氧化電壓按IVs的速度緩慢遞加到最終電壓，氧 化過程中電解液一直電磁攪拌，陽極氧化處理完畢，立刻用大量蒸餾水沖洗，吹干，得到產 物2 ;然后將產物2浸泡于5mmol 3-(三氟甲基）芐基硫醇中，浸泡24小時，蒸餾水洗凈， 干燥，得到產物3 ;將95mmol分子量為500的甲基丙烯酸聚乙二醇甲基醚酯、0. 19mmol分 子量為600的甲基丙烯酸聚乙二醇酯、5mmol CuCl2加入30ml水和15ml乙醇中，攪拌均勻， 加入1?5mL密度為2 X IO4Ail的成骨細胞，攪拌均勻；加入面積為I X Icm2的產物3,加入 1.6mmol CuCl，通氮氣保護下KKTC反應45分鐘得到產物4;反應結束后，取出產物4,蒸餾 水洗凈后放入裝有1% I型膠原酶2ml的瓶中，消化30秒后取出，蒸餾水洗凈后超聲10分 鐘，取出于80°C真空干燥，得到本發(fā)明的產品。
[0053] 二、抗細菌粘附性能實驗
[0054] 實驗過程：每個試樣表面接種Iml濃度為IO5的菌液在37°C培養(yǎng)Id后，試樣用PBS 輕輕漂洗3次以去除未粘附的細菌，然后試樣上粘附的細菌用超聲振蕩（40W)5min洗脫到 Iml蒸餾水中，洗脫液用來檢測試樣表面粘附細菌中的活菌數(shù)；用倍比稀釋和涂布培養(yǎng)法 檢測活菌數(shù)。
[0055] 實驗結果：
[0056] 表1本發(fā)明產物對各細菌的抗粘附率
[0057]
【權利要求】
1. 一種醫(yī)用鈦金屬材料，其具有抗細菌粘附和促成骨細胞生長功能，其特征在于，所述 包括： 鈦金屬納米管基體，所述基體表面為納米管結構，所述納米管的管徑為90-100納米； 第一附著層，其為3-(三氟甲基）芐基硫醇附著層，其附著在所述基體的表面，通過配 位鍵與所述基體相連； 第二附著層，其為聚乙二醇類化合物附著層，其附著在所述第一附著層的表面，通過化 學鍵與第一附著層相連，所述聚乙二醇類化合物由甲基丙烯酸聚乙二醇甲基醚酯和甲基丙 烯酸聚乙二醇酯在CuCl2和乙醇環(huán)境下發(fā)生交聯(lián)反應得到； 其中，所述第二附著層中還具有與成骨細胞空間構型相匹配的空穴。
2. 如權利要求1所述的醫(yī)用鈦金屬材料，其特征在于，所述甲基丙烯酸聚乙二醇甲基 醚脂的分子量為：400_600,所述甲基丙烯酸聚乙二醇酯的分子量為：500_700。
3. 如權利要求1或2所述的醫(yī)用鈦金屬材料，其特征在于，所述空穴是使用分子印跡方 法，在所述甲基丙烯酸聚乙二醇甲基醚酯和甲基丙烯酸聚乙二醇酯發(fā)生交聯(lián)反應的過程中 引入成骨細胞，然后再使用膠原酶去除成骨細胞得到的。
4. 一種如權利要求1所述的醫(yī)用鈦金屬材料的制備方法，其特征在于，所述包括以下 步驟： 步驟一、預處理：鈦片表面用碳化硅砂紙600號至1200號順序拋光，然后用丙酮、乙醇 和蒸餾水依次超聲30分鐘，80°C真空干燥，得到處理好的產物1 ; 步驟二、鈦金屬納米管制備：在陽極氧化電解液中，將產物1連接到電源陽極，陰極采 用鉬片電極，將陽極氧化電壓按IVs的速度緩慢遞加到最終電壓，氧化過程中電解液一直 電磁攪拌，陽極氧化處理完畢，立刻用大量蒸餾水沖洗，吹干，得到產物2 ; 步驟三、引入第一附著層：將產物2浸泡于5mmol 3-(三氟甲基）芐基硫醇中，浸泡24 小時，蒸餾水洗凈，干燥，得到產物3 ; 步驟四、分子印跡方法結合表面引發(fā)原子轉移自由基聚合法進行表面改性：將甲基丙 烯酸聚乙二醇甲基醚酯、甲基丙烯酸聚乙二醇酯、CuCl2加入水和乙醇中，攪拌均勻，加入成 骨細胞，攪拌均勻，加入面積為I X Icm2的產物3,加入CuCl，通氮氣保護下100°C反應45分 鐘得到產物4 ; 步驟五、后處理：反應結束后，取出產物4,蒸餾水洗凈后放入裝有1% I型膠原酶2ml 的瓶中，消化30秒后取出，蒸餾水洗凈后超聲10分鐘，取出于80°C真空干燥，得到本發(fā)明的 產品。
5. 如權利要求4所述的醫(yī)用鈦的制備方法，其特征在于，所述陽極氧化電解液為 0? 5wt% HF 溶液。
6. 如權利要求4所述的醫(yī)用鈦的制備方法，其特征在于，所述甲基丙烯酸聚乙二醇甲 基醚酯的用量為90-100mm〇l，所述甲基丙烯酸聚乙二醇酯用量為0. 15-0. 2mmol，所述CuCl2用量為4-6mmol，所述水的用量為20-40ml，所述乙醇用量為15-20ml。
7. 如權利要求4所述的醫(yī)用鈦的制備方法，其特征在于，所述成骨細胞的密度為 2父104/!111，用量為1-51111。
8. 如權利要求4所述的醫(yī)用鈦的制備方法，其特征在于，所述CuCl的用量為 L 5_L 8mmol 〇
【文檔編號】A61L27/50GK104324416SQ201410521965
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2014年9月30日 優(yōu)先權日:2014年9月30日
【發(fā)明者】李培源, 蘇煒, 霍麗妮, 陳睿 申請人:廣西中醫(yī)藥大學