一种药物/介孔二氧化硅复合涂层包覆的医用钛合金复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种药物/介孔二氧化硅复合涂层包覆的医用钛合金复合材料及其制备方法；所述制备方法是首先采用多巴胺对医用钛合金表面进行修饰后，将无机硅源、药物、模板剂为混合前驱体通过溶剂挥发自组装的方式在医用钛合金表面外延生长，形成具有规整介孔结构并原位包裹药物的均匀、致密的介孔二氧化硅复合涂层。所述制备方法简单，且涂层性能好；所制备的复合涂层具有完善的介孔结构、良好的生物相容性、高效的药物装载、抗凝抗菌和装载生长因子并促进细胞生长增殖的功能。本发明专利技术通过“一釜法”实现材料合成、药物装载等过程，适于产业化生产，在医学领域有广阔的应用前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种生物医学材料及其制备方法，具体涉及一种药物/介孔二氧化硅复合涂层包覆的医用钛合金复合材料及其制备方法。
技术介绍
医用钛合金材料是生物医学工程领域的重要成就，然而植入医用金属装置如血管支架、人工骨、人工关节、牙种植体等后，因其生物相容性较低易形成感染，由感染所导致的临床并发症也随之出现，造成很高的发病率和死亡率，在增加医疗成本的同时也严重危害人类健康。因此，通过表面改性获得生物相容性良好的医用金属材料显得尤为重要。尽管传统的表面修饰方法已经能够利用所修饰的材料巧妙地调节医用钛合金的表面性质，但这些方法几乎都是建立在利用生物相容性材料修饰的基础上，即只考虑修饰材料本身对医用钛合金材料生物相容性的提高，而没有关注于修饰材料本身的药物装载能力，使得医用钛合金材料在介入人体内部后，仍然需要术后服用大量药物以应付可能的炎症、组织增生、血栓再狭窄等不良反应。现代医学表明药物在介入医用钛合金表面的原位释放是提高其生物相容性以及高效简化术后治疗的有效方式，所以研究者们又将研究重点放在具有药物装载释放功能的钛合金表面修饰材料方面。虽然研究者使用的药物载体体系具有一定程度的药物装载性能，但药物装载量有限以及药物释放时间难以控制依然是限制医用钛合金表面修饰方法广泛应用的重要原因。因此，寻求新颖高效的钛合金表面药物载体固定方法依然是生物医用材料领域科研人员当前努力的重要方向之一。介孔分子筛的发展，为医用钛合金表面修饰改性的设计提供了一条崭新的思路。与高分子组装固定药物的方式不同，介孔分子筛是通过其特有的高比表面积和长程有序的孔道结构来实现对药物的高效装载和控制释放。介孔分子筛作为医用金属材料表面涂层的研究可追溯至2001年，研究者使用旋涂法或者滴涂法将介孔分子筛粉末修饰至钛合金表面，以期提高钛合金材料表面相容性。但此类方法仅依靠介孔分子筛与钛合金表面的物理相互作用力结合，无法保证结合的牢固性，更难以抵抗体液的冲刷，致使介孔分子筛修饰钛合金表面的研究发展缓慢。目前的研究虽取得一定进展，却都面临着两方面的困境：其一是修饰方法方面，目前常用的将介孔分子筛与医用钛合金材料结合的方法有滴涂法、旋涂法、浸渍提拉法等，皆
存在结合不牢固、易成粉状脱落的缺点，成为困扰医用钛合金植入体临床应用的瓶颈问题。从原理上讲，传统修饰方法是在介孔形成(即硅源脱水缩合)之后再将其涂敷至钛合金表面，错过了介孔形成过程中硅源通过脱水缩合与钛合金表面官能团相互作用的机会，因此存在结合不牢固的问题；其二是药物装载方面，传统药物装载方法均是在模板剂焙烧之后，将介孔分子筛浸泡至高浓度的药物溶液中，步骤繁琐，并且只有少量药物能够被装载进入介孔分子筛中，造成大量药物的浪费，且药物装载率依赖于介孔分子筛成型后所修饰的有机官能团的结合力强弱，而有机官能团的后修饰过程可能会降低材料的生物相容性。显然，医用钛合金材料表面得到结合牢固且具有高载药量的介孔结构涂层亟需新的理念和新技术。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术之不足，提供一种药物/介孔二氧化硅复合涂层包覆的医用钛合金复合材料的制备方法，所述制备方法采用溶剂挥发自组装的方法实现药物/介孔二氧化硅复合涂层在医用钛合金表面的外延生长，表面涂层与基体结合强度高、载药效率高，所述方法制备工艺简单，且涂层性能好，在医学领域有广阔的应用前景。本专利技术的另一目的在于提供所述制备方法得到的药物/介孔二氧化硅复合涂层包覆的医用钛合金复合材料。本专利技术的目的通过以下技术方案来实现：一种药物/介孔二氧化硅复合涂层包覆的医用钛合金复合材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：(1)对医用钛合金表面进行预处理后，使用多巴胺为修饰剂，在医用钛合金表面修饰聚多巴胺层；(2)将模板剂溶于水中，加入一种以上的药物和/或生长因子混合后，加酸调节pH值至1-5的范围内，制得含有药物的胶束溶液；将上述胶束溶液与无机硅源混合并搅拌进行反应，将制得的反应前驱体转移至含有步骤(1)制备的多巴胺修饰的医用钛合金的容器内，在25-37℃下，静置反应6-24h，制得所述的药物/介孔二氧化硅复合涂层包覆的医用钛合金复合材料。本专利技术步骤(1)首先采用多巴胺对医用钛合金表面进行修饰，在钛合金基体表面形成聚多巴胺交联层强力附着在基体表面，且聚多巴胺层中含有丰富的有机官能团(如氨基、邻苯二酚基团等)，表面改性的基体可进一步功能化。多巴胺在水溶液中易被氧化，继而引发自聚-交联反应，通常将待改性的基材直接放入新鲜配置的多巴胺水溶液中浸泡一定时间，即可得到多巴胺修饰的医用钛合金。本专利技术中，所
述步骤(1)推荐采用的一种方法是，将医用钛合金超声洗涤，再用食人鱼洗液活化；然后将活化后的医用钛合金放入盐酸多巴胺的Tris-HCl缓冲溶液中，反应温度为4-40℃，反应时间为5-36h；反应结束后洗涤、干燥，得到多巴胺修饰的医用钛合金。所述步骤(1)中，医用钛合金优选自Ti-6Al-4V。本专利技术采用一种新颖的溶剂挥发诱导界面自组装方式实现药物/介孔二氧化硅复合涂层在医用钛合金材料表面的外延生长。所述制备方法中的步骤(2)是将无机硅源、药物、模板剂为前驱体，通过溶剂(水或乙醇)挥发自组装的方式，无机硅源脱水缩合在医用钛合金表面外延生长形成具有规整介孔结构，在此过程，药物参与模板剂自组装过程，最终形成均匀、致密的包含药物的介孔二氧化硅涂层。所述方法针对介孔分子筛形成机理，选择在其介孔结构形成过程中，将介孔分子筛构建至被有机官能团预先修饰的医用钛合金表面，即硅源(正硅酸四乙酯)优先在医用钛合金表面修饰有机官能团(如氨基)的位置脱水缩合，与基体通过共价结合、静电引力的方式相互作用，由此形成一层致密牢固的介孔分子筛薄膜。所述方法将原位药物引入方法(即直接共缩合法)，将药物负载过程与涂层合成过程相统一，同时获得含有药物的药物/介孔二氧化硅复合涂层。所述步骤(2)中，所述模板剂优选为P123(聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷，PEO20-PPO70-PEO20,Mw＝5800)和F127(聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷，PEO106-PPO70-PEO106,Mw＝12600)中的任意一种。所述步骤(2)中，所述胶束溶液中模板剂的浓度为0.02-0.1g ml-1。所述步骤(2)中，所述的无机硅源优选自正硅酸四乙酯或正硅酸甲酯；无机硅源:模板剂的摩尔比为27：1–54：1。所述步骤(2)中，所述的酸优选为盐酸水溶液，盐酸水溶液的浓度为1-3mol L-1。本专利技术在介孔二氧化硅涂层的制备过程中实现药物装载，即在前驱体中加入所需的药物。基于本专利技术的溶剂挥发自组装方式，介孔二氧化硅涂层在医用钛合金表面外延生长，制备过程中温度最高为37℃，不会对药物分子和医用钛合金材料本身的结构和性能产生影响，适用范围广，载药效率高。所述步骤(2)中，所述药物选自抗凝血药和/或抗生素，包括但不限于肝素、万古霉素、雷帕霉素、布洛芬；优选为肝素、万古霉素、雷帕霉素中的一种或两种几种。所述的药物包括亲水性药物如肝素，或疏水性药物如雷帕霉素。所述胶束溶液中，药物的浓度为5-25g ml-1。本专利技术所述方法制得的医用钛合金复合材料表面涂层为致密均匀的透明薄膜涂层，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种药物/介孔二氧化硅复合涂层包覆的医用钛合金复合材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：(1)对医用钛合金表面进行预处理后，使用多巴胺为修饰剂，在医用钛合金表面修饰聚多巴胺层；(2)将模板剂溶于水中，加入一种以上的药物和/或生长因子混合后，加酸调节pH值至1‑5的范围内，制得含有药物的胶束溶液；将上述胶束溶液与无机硅源混合并搅拌进行反应，将制得的反应前驱体转移至含有步骤(1)制备的多巴胺修饰的医用钛合金的容器内，在25‑37℃下，静置反应6‑24h，制得所述的药物/介孔二氧化硅复合涂层包覆的医用钛合金复合材料。

【技术特征摘要】
1.一种药物/介孔二氧化硅复合涂层包覆的医用钛合金复合材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：(1)对医用钛合金表面进行预处理后，使用多巴胺为修饰剂，在医用钛合金表面修饰聚多巴胺层；(2)将模板剂溶于水中，加入一种以上的药物和/或生长因子混合后，加酸调节pH值至1-5的范围内，制得含有药物的胶束溶液；将上述胶束溶液与无机硅源混合并搅拌进行反应，将制得的反应前驱体转移至含有步骤(1)制备的多巴胺修饰的医用钛合金的容器内，在25-37℃下，静置反应6-24h，制得所述的药物/介孔二氧化硅复合涂层包覆的医用钛合金复合材料。2.根据权利要求1所述的药物/介孔二氧化硅复合涂层包覆的医用钛合金复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，将医用钛合金超声洗涤，再用食人鱼洗液活化；然后将活化后的医用钛合金放入盐酸多巴胺的Tris-HCl缓冲溶液中，反应温度为4-40℃，反应时间为5-36h；反应结束后洗涤、真空干燥，得到多巴胺修饰的医用钛合金。3.根据权利要求1所述的药物/介孔二氧化硅复合涂层包覆的医用钛合金复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，医用钛合金为Ti-6Al-4V。4.根据权利要求1所述的药物/介孔二氧化硅复合涂层包覆的医用钛合金复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：万密密，毛春，吴凡，易梅慧，占舒月，
申请(专利权)人：南京师范大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32