一種醫(yī)用不銹鋼材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種醫(yī)用不銹鋼材料及其制備方法，其具有抗細菌粘附、殺菌和促成骨細胞生長功能，其包括：醫(yī)用不銹鋼基體、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，且在第二附著層的表面吸附有銀納米顆粒。本發(fā)明既提高聚乙二醇類化合物在不銹鋼表面的附著能力，防止脫落，又利用聚乙二醇類化合物提高不銹鋼抗細菌粘附能力，避免細菌在不銹鋼表面粘附繁殖，并利用銀納米顆粒增強不銹鋼的殺菌能力。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，使不銹鋼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)用不銹鋼材料及其制備方法
【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)用不銹鋼材料及其制 備方法。 技術背景
[0002] 醫(yī)用不銹鋼硬度高，重量適中，價格便宜，制作方便，但是不銹鋼本身沒有抗菌和 殺菌的能力，所以在將醫(yī)用不銹鋼用作牙齒種植和骨種種植時很容易發(fā)生感染，嚴重時會 危及人的生命，因此，需要提高不銹鋼的抗菌性能和殺菌能力。
[0003] 細菌在材料表面的生長可以分成三步：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。因此具備抵抗細菌粘附功能和殺菌能力的材料，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，而在材料表面引入銀也具有良好的殺菌能力。但是這兩種方法都不能提供成骨細 胞在材料表面的固定和生長。
[0004] 銀離子具有良好的殺菌效果，將銀納米顆粒引入到材料表面，將大大的提高材料 的殺菌能力。
[0005] Southern在1975年首先提出：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-這就是分子印跡技術。
[0006] 因此，開發(fā)一種新的醫(yī)用不銹鋼材料及其制備方法，引入乙二醇類化合物提高材 料抗細菌粘附能力，引入銀納米顆粒提高材料的殺菌能力，同時利用分子印跡的技術在不 銹鋼材料表面引入與成骨細胞相匹配的作用點提高材料促成骨細胞功能非常重要。
【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)用不銹鋼材料及其 制備方法，首先引入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不銹鋼表面的附著能力，防止脫落，又利用聚乙二醇類化合物提 高不銹鋼抗細菌粘附能力，避免細菌在不銹鋼表面粘附繁殖。
[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，使不銹鋼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)明還在聚二乙醇類化合物附著層的表面引入銀納米顆粒，提高材料的殺菌能 力，避免發(fā)生細菌感染。
[0010] 本發(fā)明提供的技術方案是：
[0011] 一種醫(yī)用不銹鋼材料，其具有抗細菌粘附、殺菌和促成骨細胞生長功能，其中，所 述包括：
[0012] 醫(yī)用不銹鋼基體；
[0013] 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；
[0014] 第二附著層，其為聚乙二醇類化合物附著層，其附著在所述基體的表面，所述聚乙 二醇類化合物由甲基丙烯酸2-(2-甲氧基乙氧基）乙酯和雙甲基丙烯酸乙二醇酯在乙醇環(huán) 境下發(fā)生交聯(lián)反應得到；
[0015] 其中，第二附著層中還具有與成骨細胞空間構型相匹配的空穴；
[0016] 此外，第二附著層表面還吸附有銀納米顆粒。
[0017] 優(yōu)選的是，所述的醫(yī)用不銹鋼材料中，所述空穴是使用分子印跡方法，在所述甲基 丙烯酸2-(2-甲氧基乙氧基）乙酯和雙甲基丙烯酸乙二醇酯發(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。
[0018] 一種醫(yī)用不銹鋼材料的制備方法，其中，所述包括以下步驟：
[0019] 步驟一、預處理：不銹鋼片表面用碳化硅砂紙400號至1000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，然后將鈦片浸泡于體積分數為5%的 3_(甲基丙烯酰氧）丙基三甲氧基硅烷的乙醇溶液中，浸泡1小時，蒸餾水洗凈，干燥，得到 產物1 ;
[0020] 步驟二、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2-(2-甲氧基乙氧基）乙酯和雙甲基丙烯酸乙二醇酯加入水和乙醇中，攪拌均勻， 加入成骨細胞，攪拌均勻；加入面積為IX Icm2產物1，加入CuBr和α-溴代苯乙酸甲酯，通 氮氣保護下100°C反應30分鐘后得到產物2 ;
[0021] 步驟三、引入銀納米顆粒：將產物2加入銀納米顆粒的水溶液中，浸泡30-60分鐘， 蒸餾水洗凈得到產物3 ;
[0022] 步驟四、后處理：將產物3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)用不銹鋼材料的制備方法中，所述銀納米顆粒的粒徑為10-50 納米，用量為〇· 5-lmol。
[0024] 優(yōu)選的是，所述的醫(yī)用不銹鋼材料的制備方法中，所述甲基丙烯酸2-(2-甲氧基 乙氧基）乙酯的用量為I. 7-1. 9mol，所述雙甲基丙烯酸乙二醇酯用量為0. 2-0. 4mol，所述 水的用量為40-60ml，所述乙醇用量為10-20ml。
[0025] 優(yōu)選的是，所述的醫(yī)用不銹鋼材料的制備方法中，所述成骨細胞的密度為2 X IO4/ ml，用量為 0· 5-2ml。
[0026] 優(yōu)選的是，所述的醫(yī)用不銹鋼材料的制備方法中，所述CuBr和α -溴代苯乙酸甲 酯的用量分別為〇· 05-0. Imol和0· 01-0. 05mol。
[0027] 本發(fā)明具有以下有益效果：首先，本發(fā)明首先在不銹鋼基體上引入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，既提高了聚乙二醇類化合物在不銹鋼 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不銹鋼抗細菌粘附能力，避免 細菌在不銹鋼表面粘附繁殖。
[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，使不銹鋼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)明在聚乙二醇類化合物附著層的表面引入銀納米顆粒，提高材料的殺 菌能力，避免細菌感染。
[0030] 最后，本發(fā)明利用砂紙對不銹鋼基體表面進行打磨，用去離子水和丙酮對不銹鋼 基體表面進行超聲清洗，減少不銹鋼表面氧化膜對附著層的影響，增大附著層和不銹鋼表 面的接觸面積，提高附著層和不銹鋼基體的結合力。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0031] 圖1為本發(fā)明所述不銹鋼材料與傳統(tǒng)不銹鋼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】
[0032] 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 能夠據以實施。
[0033] 如圖1、表1和表2所示，
[0034] 一種醫(yī)用不銹鋼材料，其具有抗細菌粘附、殺菌和促成骨細胞生長功能，其中，所 述包括：
[0035] 醫(yī)用不銹鋼基體，其表面經過砂紙拋光后，再利用丙酮、乙醇和蒸餾水超聲清洗；
[0036] 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；
[0037] 第二附著層，其為聚乙二醇類化合物附著層，其附著在所述基體的表面，所述聚乙 二醇類化合物由甲基丙烯酸2-(2-甲氧基乙氧基）乙酯和雙甲基丙烯酸乙二醇酯在乙醇環(huán) 境下發(fā)生交聯(lián)反應得到；
[0038] 其中，第二附著層中還具有與成骨細胞空間構型相匹配的空穴；
[0039] 此外，第二附著層表面還吸附有銀納米顆粒，所述銀納米顆粒甲基丙烯酸 2-(2-甲氧基乙氧基）乙酯中的羧基吸附黏貼在所述附著層表面，被所述顆粒的粒徑為 10-50納米，其分布在第二附著層的表面以及空穴中；
[0040] 所述的醫(yī)用不銹鋼材料中，所述空穴是使用分子印跡方法，在所述甲基丙烯酸 2-(2-甲氧基乙氧基）乙酯和雙甲基丙烯酸乙二醇酯發(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，所述乙脂和醇脂交聯(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。
[0041] 一種醫(yī)用不銹鋼材料的制備方法，其中，所述包括以下步驟：
[0042] 步驟一、預處理：不銹鋼片表面用碳化硅砂紙400號至1000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，然后將鈦片浸泡于體積分數為5%的 3_(甲基丙烯酰氧）丙基三甲氧基硅烷的乙醇溶液中，浸泡1小時，蒸餾水洗凈，干燥，得到 產物I ;
[0043] 步驟二、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2-(2-甲氧基乙氧基）乙酯和雙甲基丙烯酸乙二醇酯加入水和乙醇中，攪拌均勻， 加入成骨細胞，攪拌均勻；加入面積為IX Icm2產物1，加入CuBr和α-溴代苯乙酸甲酯，通 氮氣保護下100°C反應30分鐘后得到產物2 ;
[0044] 步驟三、引入銀納米顆粒：將產物2加入銀納米顆粒的水溶液中，浸泡30-60分鐘， 蒸餾水洗凈得到產物3 ;
[0045] 步驟四、后處理：將產物3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)用不銹鋼材料的制備方法中，所述銀納米顆粒的粒徑為10-50納米，用 量為 0. 5-lmol。
[0047] 所述的醫(yī)用不銹鋼材料的制備方法中，所述甲基丙烯酸2-(2-甲氧基乙氧基）乙 酯的用量為I. 7-1. 9mol，所述雙甲基丙烯酸乙二醇酯用量為0. 2-0. 4mol，所述水的用量為 40-60ml，所述乙醇用量為10-20ml。
[0048] 所述的醫(yī)用不銹鋼材料的制備方法中，所述成骨細胞的密度為2X104/ml，用量為 0· 5_2ml 〇
[0049] 所述的醫(yī)用不銹鋼材料的制備方法中，所述CuBr和α -溴代苯乙酸甲酯的用量分 別為 0· 05-0. Imol 和 0· 01-0. 05mol。
[0050] 實施例1
[0051] -、產品制備
[0052] 不銹鋼片表面用碳化娃砂紙400號至1000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，然后將鈦片浸泡于體積分數為5%的3_(甲基丙烯 酰氧）丙基三甲氧基硅烷的乙醇溶液中，浸泡1小時，蒸餾水洗凈，干燥，得到產物1 ;將 I. 8mol甲基丙烯酸2-(2-甲氧基乙氧基）乙酯、0· 3mol雙甲基丙烯酸乙二醇酯加入50ml 水和15ml乙醇中，攪拌均勻，加入ImL密度為2 XioVml的成骨細胞，攪拌均勻；加入面積 為1父1〇112產物1，加入0.05111〇1(：11&'，0.01111〇1〇-溴代苯乙酸甲酯，通氮氣保護下1〇〇1： 反應30分鐘得到產物2 ;將產物2加入銀納米顆粒的水溶液中，浸泡30-60分鐘，蒸餾水洗 凈得到產物3,將產物3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，培養(yǎng)液用 來檢測試樣的殺菌率；試樣取出用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，計算試樣的抗細菌粘附性能；用倍比稀釋和涂布培養(yǎng)法檢測活菌數。
[0055] 實驗結果：
[0056] 表1本發(fā)明產物對各細菌的殺菌率和抗粘附率
[0057]
【權利要求】
1. 一種醫(yī)用不銹鋼材料，其具有抗細菌粘附、殺菌和促成骨細胞生長功能，其特征在 于，所述包括： 醫(yī)用不銹鋼基體； 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，其附著在所述基體的表面，所述聚乙二醇 類化合物由甲基丙烯酸2-(2-甲氧基乙氧基）乙酯和雙甲基丙烯酸乙二醇酯在乙醇環(huán)境下 發(fā)生交聯(lián)反應得到； 其中，第二附著層中還具有與成骨細胞空間構型相匹配的空穴； 此外，第二附著層表面還吸附有銀納米顆粒。
2. 如權利要求1所述的醫(yī)用不銹鋼材料，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2-(2-甲氧基乙氧基）乙酯和雙甲基丙烯酸乙二醇酯發(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。
3. -種如權利要求1所述的醫(yī)用不銹鋼材料的制備方法，其特征在于，所述包括以下 步驟： 步驟一、預處理：不銹鋼片表面用碳化硅砂紙400號至1000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，然后將鈦片浸泡于體積分數為5%的3-(甲 基丙烯酰氧）丙基三甲氧基硅烷的乙醇溶液中，浸泡1小時，蒸餾水洗凈，干燥，得到產物 1 ; 步驟二、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2-(2-甲氧基乙氧基）乙酯和雙甲基丙烯酸乙二醇酯加入水和乙醇中，攪拌均勻，加入 成骨細胞，攪拌均勻；加入面積為IX lcm2產物1，加入CuBr和α-溴代苯乙酸甲酯，通氮氣 保護下l〇〇°C反應30分鐘后得到產物2 ; 步驟三、引入銀納米顆粒：將產物2加入銀納米顆粒的水溶液中，浸泡10-60分鐘，蒸餾 水洗凈得到產物3 ; 步驟四、后處理：將產物3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。
4. 如權利要求3所述的醫(yī)用不銹鋼材料的制備方法，其特征在于，所述銀納米顆粒的 粒徑為10-50納米，用量為0· 5-lmol。
5. 如權利要求3所述的醫(yī)用不銹鋼材料的制備方法，其特征在于，所述甲基丙烯 酸2-(2-甲氧基乙氧基）乙酯的用量為1.7-1. 9mol，所述雙甲基丙烯酸乙二醇酯用量為 0. 2-0. 4mol，所述水的用量為40-60ml，所述乙醇用量為10-20ml。
6. 如權利要求3所述的醫(yī)用不銹鋼材料的制備方法，其特征在于，所述成骨細胞的密 度為 2 X 104/ml，用量為 0· 5-2ml。
7. 如權利要求3所述的醫(yī)用不銹鋼材料的制備方法，其特征在于，所述CuBr和α-溴 代苯乙酸甲酯的用量分別為0. 05-0. lmol和0. 01-0. 05mol。
【文檔編號】A61L27/50GK104258463SQ201410522169
【公開日】2015年1月7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