一种具有生物仿生多层结构界面的医用钛合金制备方法技术

本发明专利技术公开一种具有生物仿生多层结构界面的医用钛合金制备方法。首先通过前体水热置换法制备出羟基磷灰石纳米线，并将其用作构建模拟自然骨层状薄膜的插层材料；其次，利用层层自组装技术(旋涂法)将羟基磷灰石纳米线组装到明胶/壳聚糖多层膜中，从而在钛材表面构建出一种从仿生学角度模拟自然骨纳米层状结构的薄膜，以调控成骨细胞的生物学功能，并提高钛合金移植体的生物相容性和骨整合性。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开。首先通过前体水热置换法制备出羟基磷灰石纳米线，并将其用作构建模拟自然骨层状薄膜的插层材料；其次，利用层层自组装技术(旋涂法)将羟基磷灰石纳米线组装到明胶/壳聚糖多层膜中，从而在钛材表面构建出一种从仿生学角度模拟自然骨纳米层状结构的薄膜，以调控成骨细胞的生物学功能，并提高钛合金移植体的生物相容性和骨整合性。【专利说明】
本专利技术属于生物医用材料领域，涉及一种功能性钛合金界面的制备方法。
技术介绍
钛及钛合金移植体，因为其出色的力学性质和良好的生物相容性，被广泛应用于骨修复等外科手术中。然后，钛移植体植入体内后，与骨以机械整合的方式结合，这种被动的方式将会引发炎症、移位，最终导致移植失败。为了解决这一难题，对钛材进行表面改性以提高其骨整合性成为医用材料研究领域的重要内容。研究表明，自然骨的钙化层由骨单位组成，而骨单位是一种由羟基磷灰石纳米颗粒和胶原分子(主要)组装成的层状结构，即环骨板。这种分层的结构为在纳米尺度上为细胞提供结合位点，并为细胞提供适当的细胞外微环境。从仿生学角度出发，利用羟基磷灰石以及生物活性大分子，在钛材表面构建模拟自然骨的界面，会促进细胞的生物学功能，并提高钛移植体的骨整合性。目前此类研究存在一下问题:第一，在钛材表面以物理化学方法覆盖羟基磷灰石涂层，能提高成钛材的生物相容性，但是这类方法难以控制羟基磷灰石的形貌，而有研究表明自然骨中羟基磷灰石呈针状，另一方面，其苛刻的物理化学条件，不利于生物活性分子的引入，不能为细胞提供适当的细胞外微环境，同时此类方法也难以控制羟基磷灰石的厚度；第二，将羟基磷灰石纳米颗粒与生物活性分子混合，制备成含有羟基磷灰石颗粒的支架材料，这类方法能为细 胞提供良好的微环境，促进细胞的功能，但是此类结构忽略了自然骨特有的纳米尺度的结构，不利于诱导后期环骨板的生成。
技术实现思路
本专利技术的目的是公开一种在钛合金表面构建促进成骨细胞分化的仿生多层结构的方法。为实现本专利技术目的而采用的技术方案是这样的，，包括以下步骤:I)制备硬硅钙石纳米线:将硝酸钙和硅酸钠分别配成溶液，再将硝酸钙溶液逐滴加入硅酸钠溶液中，磁力搅拌，得到白色悬浊液；再将本步骤的白色悬浊液加热，使其发生反应，分离反应产物，并将分离出的反应产物洗涤、干燥后，得到硬硅钙石纳米线；2)制备羟基磷灰石纳米线:先将磷酸三钠配成溶液，再将步骤I)获得的硬硅钙石纳米线加入至磷酸三钠溶液中，磁力搅拌，生成白色悬浊液；再将本步骤的白色悬浊液加热，使其发生反应，分离反应产物，并将分离出的反应产物洗涤、干燥后，获得羟基磷灰石纳米线；3)利用层层自组装方法，在医用钛合金表面构建明胶/壳聚糖多层膜，并以步骤2)获得的羟基磷灰石纳米线作为其插层材料。进一步，步骤I)的具体过程是:将硝酸钙和硅酸钠分别配成溶液，浓度均为0.2~0.8mol/L ;其次将硝酸钙溶液逐滴加入硅酸钠溶液中，磁力搅拌2h，生成白色悬浊液；再将本步骤的白色悬浊液转入四氟乙烯内衬的高压反应釜中，油浴加热反应，180~220°C下反应20~28h后，分离反应产物；将本步骤的反应产物以无水乙醇、二蒸水分别清洗三遍，干燥，得到硬硅钙石纳米线。优选地，更为优选地，首先，将硝酸钙和硅酸钠分别配成浓度均为0.5mol/L的溶液；其次将硝酸钙溶液逐滴加入硅酸钠溶液中，磁力搅拌2h，生成白色悬浊液；再将悬浊液转入四氟乙烯内衬的高压反应釜中，油浴加热反应，200°C反应24h ;将产物以无水乙醇、二蒸水分别清洗三遍，抽滤、冷冻干燥过夜，得到硬硅钙石纳米线。进一步,步骤2)的具体过程是:将磷酸三钠配成浓度为0.1~0.5mol/L的溶液；将0.8~1.2g步骤I)获得的硬娃钙石纳米线加入至70~IOOmL磷酸三钠溶液中，磁力搅拌2h，生成白色悬浊液；再将本步骤的白色悬浊液转入高压反应釜中，100~140°C下反应20~28h后，收集反应产物；将本步骤的反应产物以无水乙醇、二蒸水分别清洗三次，干燥，收集羟基磷灰石纳米线。更为优选地，将磷酸三钠配成浓度为0.2mol/L的溶液；将Ig硬硅钙石前体加入至85mL磷酸三钠溶液中，磁力搅拌2h，生成白色悬浊液；转入高压反应釜中，120°C反应24h;收集产物，无水乙醇、二蒸水分别清洗三次，抽滤、冷冻干燥，收集羟基磷灰石纳米线。进一步，步骤3)的具体过程是:以1% (v/v)醋酸溶液制备壳聚糖溶液(gel溶液)，壳聚糖溶液中壳聚糖的 浓度为I~10mg/mL，用磷酸缓冲液(PBS缓冲液)制备浓度为I~10mg/mL的明胶溶液(chi溶液),二蒸水制备浓度为I~10mg/mL的聚乙烯亚胺溶液(PEI溶液)，二蒸水制备浓度为0.5~5mg/mL的羟基磷灰石纳米线悬浊液(HA悬浊液)；采用旋涂仪将gel溶液、chi溶液、PEI溶液和HA悬浊液喷涂到医用钛合金(Ti6A17Nb)表面:先喷涂一层PEI溶液，再交叉喷涂若干层gel溶液和chi溶液，每喷涂10~20次Chi溶液时，喷涂一层HA悬浊液，使得医用钛合金(Ti6A17Nb)表面形成多层膜系统。即PEI为引发层，其后为gel/chi多层膜，每隔10~20个gel/chi双层膜夹一层HA纳米线，最终薄膜系统为PEI/((gel/chi)mHA)n(gel/chi)m, m和n为大于10的自然数。优选地，旋涂仪(spin-coater)设置为100 ~400rpm/min(l ~5s),2000-5000rpm/min(15~40s)。更为优选地，以1% (v/v)醋酸溶液制备壳聚糖溶液(浓度为5mg/mL)，PBS缓冲液(pH = 7.4)制备明胶溶液(5mg/mL)，二蒸水制备PEI溶液(5mg/mL), 二蒸水制备羟基磷灰石悬池液(2mg/mL)。将旋涂仪(spin-coater)设置为200rpm/min(3s), 3000rpm/min (20s)。引发层为 PEI,其后为 gel/chi 多层膜，每隔 15 个 gel/chi 双层膜夹一层HA纳米线，最终薄膜系统为PEI/ ((gel/chi) 15HA) 50 (gel/chi) 15。本专利技术还要求保护上述方法获得的表面构建有明胶/壳聚糖多层膜的医用钛合金材料。本专利技术在钛合金表面构建模拟自然骨的层状结构，克服了目前此类研究的缺点，在本专利技术中，我们运用层层自组装技术在钛合金表面构建了含有羟基磷灰石纳米线插层的层状薄膜。其中，羟基磷灰石纳米线与自然骨中羟基磷灰石颗粒形貌类似，且纳米线与传统的羟基磷灰石颗粒相比，具有更大的比表面积，亲和力以及活性更强。同时，利用层层自组装技术，我们能很好地控制膜的厚度以及结构；其温和的组装条件，使得gel/chi保持生物活性，有利于构建细胞外微环境。因此，本专利中所构建的层状薄膜，既为成骨细胞提供了良好的微环境，促进细胞功能，又模拟了自然骨的结构，随着gel/chi多层膜的降解，能够诱导环骨板的形成，从而促进钛合金植入体的骨整合性。该制备方法不需要特殊设备，操作简单、成本低廉、可控性强。利用该方法构建的功能化钛材界面具有良好的生物相容性以及骨整合性，在骨移植技术中有重要的研究价值和临床意义。【专利附图】【附图说明】图1A:前体硬硅钙石纳米线(a)和羟基磷灰石纳米(b)线本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有生物仿生多层结构界面的医用钛合金制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)制备硬硅钙石纳米线：将硝酸钙和硅酸钠分别配成溶液，将所述硝酸钙溶液逐滴加入硅酸钠溶液中，搅拌，得到白色悬浊液；再将本步骤得到的白色悬浊液加热，使其发生反应，分离反应产物，并将分离出的反应产物洗涤、干燥后，得到硬硅钙石纳米线；2)制备羟基磷灰石纳米线：先将磷酸三钠配成溶液，再将步骤1)获得的硬硅钙石纳米线加入至磷酸三钠溶液中，磁力搅拌，生成白色悬浊液；再将本步骤的白色悬浊液加热，使其发生反应，分离反应产物，并将分离出的反应产物洗涤、干燥后，获得羟基磷灰石纳米线；3)利用层层自组装方法，在医用钛合金表面构建明胶/壳聚糖多层膜，并以步骤2)获得的羟基磷灰石纳米线作为其插层材料。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡开勇，奚兴凤，杨维虎，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：重庆;85