钛基材料表面原位生长多羟基树突分子的方法技术

一种钛基材料表面原位生长多羟基树突分子的方法，其步骤为：A材料表面羟基化：通过端基为羟基的有机膦酸或无机磷酸单酯在钛基材料表面形成单分子自组装层，即得表面带有羟基基团的钛基材料B材料表面卤基化：将A步得到钛基材料与两端基团均为卤素基团的酰卤化试剂进行亲核取代反应，得到表面带有卤素基团的钛基材料C材料表面多羟基化：将B步得到的钛基材料与带有羟基的胺化物在弱碱性溶液中，进行取代反应，即得表面多羟基化的钛基材料；D、重复B、C步骤2～6次，得到表面生长有多羟基树突分子的钛基材料。该方法能简单地在钛基材料表面固定多羟基树突分子，改善其表面生物学性能，使其进一步成为具有特殊多功能的生物材料。

【技术实现步骤摘要】
钛基材料表面原位生长多羟基树突分子的方法
本专利技术涉及材料表面改性的方法，特别涉及一种在钛基材料表面原位生长树突分子的方法。
技术介绍
钛基材料由于其良好的力学性能、耐腐蚀性、生物相容性及优异的加工性能已经广泛应用于生物材料领域。钛基材料虽然具有一定的生物相容性，但总的表现出生物惰性，其表面生物活性显著不足，满足不了生物材料对其表面性能的特定要求。所以，需要采取一定的表面改性手段改善其表面性能以提高其生物学性能。目前，对钛基材料表面改性有物理方法和化学方法两种手段。物理改性方法主要是通过等离子技术、氧化技术等对钛基材料表面进行改性，此类方法虽然能在一定程度上提高钛基材料的生物相容性，但其构建的涂层稳定性差，可靠性低，改性后的钛基材料满足不了生物材料的要求。化学改性方法是指利用化学手段使钛基材料表面形成有限的活性功能基团后，再通过化学键接枝生物大分子等生物活性基团，以提高其生物学性能。但是，通过目前的化学改性方法，得到的钛基材料表面功能团数量有限，生物学性能提高不明显，限制了其在生物材料领域的应用。树突分子是由重复增长反应合成而来，高度支化且结构精确的分子。每一个重复循环反应增加一个支化层，称之为“代”。树枝状大分子有以下几个显著特点：1、树突分子有明确的分子量及分子尺寸,结构规整,分子体积、形状和功能基都可在分子水平上精确控制；2、树突分子一般由核心出发,不断向外分支,随代数的增加和支化的继续,分子由敞开的松散状态转变为外紧内松的球形三维结构,分子内部具有广阔的空腔,其内部空腔和多种结合点可以携带药物分子，且表面具有极高的官能团密度；3、树突分子有很好的反应活性及包容能力,在分子中心和分子末端可导入大量的反应性或功能性基团。这些独特的结构，使树突分子在生物和医学领域，特别是生物材料领域得到了广泛应用。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种钛基材料表面原位生长多羟基树枝状分子的方法，该方法能简单地在钛基材料表面原位化学固定多羟基树突分子，不仅改善了其表面生物学性能，而且能使钛基材料成为具有特殊多功能的生物材料。专利技术为实现其专利技术目的所采取的技术方案为：一种钛基材料表面原位生长多羟基树突分子的方法，其步骤为：A、材料表面羟基化：将钛基材料在温度为10～100℃,浓度为0.5～30mmol/L端基为羟基的有机膦酸((OH)2POCH2(CH2)nX,1≤n≤20,X＝-OH)或无机磷酸单酯((OH)2POOCH2(CH2)nX,1≤n≤20,X＝-OH)溶液中浸泡1～24h；将浸泡后的钛基材料在80～150℃条件下，加热5～30h；重复上述操作3～8次，在钛基材料表面形成有机膦酸或无机磷酸单酯功能化的单分子自组装层，即得表面生长有羟基基团的钛基材料；B、材料表面卤基化：将A步得到钛基材料放入浓度为0.1～1.0mg/ml两端基团均为卤素基团的酰卤化试剂(X(CH2)nCOX，X为卤素，1≤n≤20)的无水四氢呋喃溶液中，再加入碱性物质，调节溶液的pH值至pH＝7～10，于0～80℃条件下反应5～36h，得到表面带有卤素基团的钛基材料；C、材料表面多羟基化：将B步得到的钛基材料放入浓度为50～100mg/ml的带有羟基的胺化物(HN[(CH2)nOH]2，2≤n≤20)的无水四氢呋喃溶液中，经碱性物质调节溶液的pH值至弱碱性(pH＝7～9)于60～80℃条件下反应8～15h，即得表面多羟基化的钛基材料；D、重复B、C步骤2～6次，得到表面生长有多羟基树突分子的钛基材料。本专利技术各步骤的反应机理是：在A步中，端基为羟基的有机膦酸或无机磷酸单酯的膦酸(磷酸)基团可以以桥连的方式与钛基材料表面相连，并形成具有一定密度且高度有序的单分子层，且相邻膦酸(磷酸)基团间存在着氢键和较强的静电相互作用，因此能够形成牢固的化学结合；这样，就在钛基材料表面构建了含有能够与酰卤化试剂反应的羟基功能基团。在B步中，在碱性条件下，钛基材料表面的羟基与两端基团均为卤素基团的酰卤化试剂发生亲核取代反应从而形成牢固的化学键。在C步中，在弱碱性环境下，钛基材料表面的卤素基团与带有羟基的胺化物中氨基上的氢原子继续发生取代反应而形成强的化学键合。重复B、C步骤，便可重复羟基与酰卤化试剂之间的亲核取代反应和卤素基团与带有羟基的胺化物之间的取代反应，从而得到表面生长有多羟基树突分子的钛基材料。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：一、本专利技术方法首先通过有机膦酸或无机磷酸单酯与钛基材料能够形成牢固的化学结合，再通过有机膦酸或无机磷酸单酯的端基官能团(羟基)和酰卤化试剂发生亲核取代反应，随后通过卤素与富含羟基的胺化物发生取代反应，最后反复进行羟基与酰卤化试剂的亲核取代反应和卤素与胺化物的取代反应，生成多羟基树突分子。整个树突分子在钛基材料表面的构建过程均通过经典化学反应完成，每部分之间均是通过化学键连接，结合牢固，不易脱落。二、本专利技术中所有的操作工艺简单，无须特殊的昂贵设备及化学试剂，容易实现，且对材料或植入器械的体型结构没有限制，对材料本体性能无任何影响，可实现工业上具有复杂体型结构的各种生物医用装置表面的多羟基树突分子的固定。三、本专利技术方法将树突分子引入至钛基材料表面，大大提高了钛基材料表面官能团数量，通过对生长的树突分子的“代”数的控制，可得到具有优异的抗凝血性能和良好的生物相容性的钛基材料，亦为钛基材料的进一步改性提供了有利条件；同时作为三维结构的树突分子具有更优良的载药功能等各种独特的性能，能使钛基材料成为具有特殊多功能的生物材料。进一步，本专利技术中所述的钛基材料为纯钛、氧化钛或钛合金。进一步，本专利技术中所述的B步中的酰卤化试剂为氯乙酰氯或2-溴-2-甲基丙酰溴。进一步，本专利技术中所述的B步中的碱性物质为胺类、氢氧化物、碳酸钠、碳酸氢钠或吡啶。进一步，本专利技术中所述的C步中的碱性物质为醋酸钠、碳酸氢钠或碳酸氢钾。进一步，本专利技术中所述的C步中含有羟基的胺化物为二乙醇胺、二丙醇胺二异丙醇胺或二丁醇胺。附图说明图1为本专利技术实施例1各步骤材料的水接触角图。图中：标记Ti-O的直方图为未改性的氧化钛薄膜的水接触角图；标记HUPA的直方图为完成A步自组装11-羟基十一烷基膦酸的氧化钛薄膜的水接触角图；标记OH的直方图为经过4次B、C操作得到的原位生长多羟基树突分子的氧化钛薄膜的水接触角图。图2为本专利技术实施例1中未改性的氧化钛薄膜表面血小板粘附的扫描电镜图。图3为本专利技术实施例1中经过4次B、C操作得到的原位生长多羟基树突分子的氧化钛薄膜表面血小板粘附扫描电镜图。具体实施方式实施例1一种氧化钛薄膜表面原位生长多羟基树突分子的方法，其步骤为：A、材料表面羟基化：将氧化钛薄膜在温度为25℃、浓度为10mmol/L的11-羟基十一烷基膦酸的无水四氢呋喃溶液中浸泡12h；将浸泡后的氧化钛薄膜在120℃条件下，真空加热15h；重复上述操作6次，在氧化钛薄膜表面得到11-羟基十一烷基膦酸的单分子自组装层，即得表面生长有羟基基团的氧化钛薄膜；B、材料表面卤基化：将A步得到氧化钛薄膜放入浓度为0.5mg/ml氯乙酰氯试剂的无水四氢呋喃溶液中，再加入无水三乙胺，调节溶液的pH值至pH＝7，于25℃条件下反应10h，得到表面带有氯原子基团的氧化钛薄膜；C、材料表面多羟基化将B步得到的氧本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种钛基材料表面原位生长多羟基树突分子的方法，其步骤为：A、材料表面羟基化：将钛基材料在温度为10～100℃，浓度为0.5～30mmol/L端基为羟基的有机膦酸((OH)2POCH2(CH2)nX,1≤n≤20,X＝‑OH)或无机磷酸单酯((OH)2POOCH2(CH2)nX,1≤n≤20,X＝‑OH)溶液中浸泡1～24h；将浸泡后的钛基材料在80～150℃条件下，加热5～30h；重复上述操作3～8次，在钛基材料表面形成有机膦酸或无机磷酸单酯功能化的单分子自组装层，即得表面生长有羟基基团的钛基材料；B、材料表面卤基化：将A步得到钛基材料放入浓度为0.1～1.0mg/ml两端基团均为卤素基团的酰卤化试剂(X(CH2)nCOX，X为卤素，1≤n≤20)的无水四氢呋喃溶液中，再加入碱性物质，调节溶液的pH值至pH＝7～10，于0～80℃条件下反应5～36h，得到表面带有卤素基团的钛基材料；C、材料表面多羟基化：将B步得到的钛基材料放入浓度为50～100mg/ml的带有羟基的胺化物(HN[(CH2)nOH]2，2≤n≤20)的无水四氢呋喃溶液，经碱性物质调节溶液的pH值至弱碱性(pH＝7～9)，0于60～80℃条件下反应8～15h，即得表面多羟基化的钛基材料；D、重复B、C步骤2～6次，得到表面生长有多羟基树突分子的钛基材料。...

【技术特征摘要】
1.一种钛基材料表面原位生长多羟基树突分子的方法，其步骤为：A、材料表面羟基化：将钛基材料在温度为10～100℃，浓度为0.5～30mmol/L端基为羟基的有机膦酸(OH)2POCH2(CH2)nX,1≤n≤20,X＝-OH，或无机磷酸单酯(OH)2POOCH2(CH2)nX,1≤n≤20,X＝-OH溶液中浸泡1～24h；将浸泡后的钛基材料在80～150℃条件下，加热5～30h；重复上述操作3～8次，在钛基材料表面形成有机膦酸或无机磷酸单酯功能化的单分子自组装层，即得表面生长有羟基基团的钛基材料；B、材料表面卤基化：将A步得到钛基材料放入浓度为0.1～1.0mg/ml两端基团均为卤素基团的酰卤化试剂X(CH2)nCOX，X为卤素，1≤n≤20的无水四氢呋喃溶液中，再加入碱性物质，调节溶液的pH值至pH＝7～10，于0～80℃条件下反应5～36h，得到表面带有卤素基团的钛基材料；C、材料表面多羟基化：将B步得到的钛基材料放入浓度为50～100mg/ml的带有羟基的胺化物HN[(CH2)nOH]...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵元聪，郑文娟，麻文勇，游天雪，李世琪，万国江，黄楠，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：四川;51