一种生物相容性良好的酶响应抗菌钛材制备方法技术

本发明专利技术公开了一种生物相容性良好的酶响应抗菌钛材制备方法，其特征在于，包括以下步骤：首先通过阳极氧化法在钛材表面构建均匀的二氧化钛纳米管，并将其作为载抗生素的药物储池；其次，分别利用多巴胺和二氢咖啡酸对透明质酸和壳聚糖进行改性，合成儿茶酚功能化的透明质酸和壳聚糖，分别命名为HA‑c和Chi‑c并作为聚电解质阴离子和聚电解质阳离子；使用HA‑c和Chi‑c利用层层自组装技术在载抗生素二氧化钛纳米管表面构建儿茶酚功能化的聚电解质多层膜，从而钛材表面构建出一种促进成骨细胞粘附、分化以及细菌响应性抗菌的双重功能的生物涂层，赋予钛基植入体良好的抗菌和成骨性能。

A good biocompatible enzyme preparation method for antibacterial titanium materials

The invention discloses a good biocompatible enzyme response antibacterial titanium material preparation method, which includes the following steps: first, a homogeneous titanium dioxide nanotube is constructed on the surface of the titanium material by anodizing, and it is used as a drug storage tank for antibiotics; secondly, using dopamine and two hydrogen caffeic acid respectively. Hyaluronic acid and chitosan were modified to synthesize catechol functionalized hyaluronic acid and chitosan, named HA C and Chi C, as polyelectrolyte anions and polyelectrolyte cations, using HA C and Chi C to construct catechol functionalization on the surface of antibiotic two titanium nanotubes on the surface of antibiotic loaded titanium nanotubes. The polyelectrolyte multilayer film is used to build a biological coating that promotes the adhesion and differentiation of osteoblasts, and the bacterial responsiveness, and gives the titanium implants good antibacterial and osteogenic properties.

【技术实现步骤摘要】
一种生物相容性良好的酶响应抗菌钛材制备方法
本专利技术涉及生物医用材料领域，具体是一种生物相容性酶响应抗菌钛材的制备方法。
技术介绍
钛及钛合金具有优良的机械强度、生物相容性和抗腐蚀性能，是牙科和骨科治疗中最常用的生物材料。然而，钛基材料表面由于生物惰性，在诱导特异性细胞反应如粘附和刺激方面存在缺陷，因此达到足够的新骨形成的潜力有限，从而无法达到理想的骨整合。此外，钛材植入后的细菌感染仍然是导致植入失败的重要原因。一旦细菌粘附在钛材表面，它们就会通过生物膜的形成阻止免疫系统的攻击。在细菌生物膜环境中，抗生素不能自由扩散到生物膜中，因此杀死细菌的效率不高。研究表明，抑制细菌的粘附、分化(4-6小时)被证明是抑制它们形成生物膜的关键的一步。基于这个问题，研究者们越来越重视赋予钛基植入材料抗感染能力，比如在钛材表面结合抗生素，银纳米颗粒，抗菌肽等等。因此，对钛基植入材料进行改性，使其具有良好的生物活性，特别是有效诱导细胞粘附和降低感染风险的能力，是目前亟待解决的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是解决现有技术中存在的问题，提供一种生物相容性酶响应抗菌钛材的制备方法。为实现本专利技术目的而采用的技术方案是这样的，一种生物相容性酶响应抗菌钛材的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)利用阳极氧化法构建管径为70nm的二氧化钛纳米管作为药物储池，并对其进行抗生素的装载；1.1)将钛箔依次用乙醇、丙酮、乙醇和蒸馏水各自清洗10～20分钟；干燥后进行电化学腐蚀；所述干燥过程的温度为60℃；所述电化学腐蚀过程中：铂箔作为阴极，钛箔作为阳极；电解溶液为含有氟化铵的水/甘油混合物，所述氟化铵的浓度为0.27M，所述水和甘油的体积比包括0︰1、1︰3、1︰1、3︰1或1︰0；所述电化学腐蚀过程中，恒定电压为10～30V，电解时间为30～90分钟；1.2)将电解后的钛箔进行煅烧，得到结构稳定的锐钛矿型二氧化钛纳米管；所述煅烧过程中：煅烧温度为450℃；煅烧时间为2小时；1.3)利用真空压力载药法在每片面积10mm×10mm纳米管样品中装载20～200μg的万古霉素；2)利用盐酸多巴胺和二氢咖啡酸，通过酰胺反应分别对透明质酸钠和壳聚糖多糖链进行改性，分别接枝上儿茶酚基团；2.1)配置浓度为0.1％～1％的透明质酸水溶液，将1-(3-二甲基氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐和N-羟基琥珀酰亚胺添加到透明质酸水溶液中，调节混合溶液的pH值至4.5～6.5，磁力搅拌10～60分钟，得到混合物A；所述1-(3-二甲基氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐、N-羟基琥珀酰亚胺和透明质酸的摩尔比分别为0.1～1︰0.1～1︰0.1～1；2.2)将盐酸多巴胺加入到混合物A中，调节pH值至4.5～6.5，避光磁力搅拌反应6～24小时；所得的产物用透析袋在磷酸盐缓冲液溶液中进行透析，冷冻干燥后，收集得到产物A；所述盐酸多巴胺与步骤2.1)中的透明质酸钠的摩尔比为0.1︰1～1︰1；所述PBS溶液的pH值为4.5～6.5；所述透析过程的时间为3天；2.3)配置浓度为0.1％～1％的壳聚糖水溶液，用冰醋酸调节pH值至5.5；将二氢咖啡酸和1-(3-二甲基氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐添加到溶解的壳聚糖水溶液中，调节混合溶液的pH为4.5～6.5，磁力搅拌6～24小时；所述二氢咖啡酸、1-(3-二甲基氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐与壳聚糖的摩尔比为0.1～1︰0.1～1︰0.1～1；所得的产物(Chi-c)用透析袋在磷酸盐缓冲液溶液中进行透析，冷冻干燥后，收集得到产物B；所述PBS溶液的pH值为4.5～6.5；所述透析过程的时间为3天；3)利用层层自组装方法，在加载万古霉素的纳米管表面构建儿茶酚基团改性的聚电解质多层膜；3.1)用步骤2.2)中得到的产物A和无菌蒸馏水混合，得到HA-c溶液；用步骤2.3)中得到的产物B和无菌蒸馏水混合，得到Chi-c溶液，使用冰醋酸调Chi-c溶液的pH值至5.5；所述HA-c溶液的浓度为0.5～2mg/mL；所述Chi-c溶液的浓度为1～10mg/mL；3.2)使用旋涂仪将步骤3.1)中得到的HA-c溶液和调节pH值后的Chi-c溶液进行交替旋涂2～10次，最终得到具有促进成骨细胞粘附、分化以及细菌响应性抗菌的双重功能的生物涂层的钛材；所述钛材为TNT@Van-LBLc；所述旋涂仪的设置包括：转速为100～400rpm/min，时间为5～10s；转速为2000～4000rpm/min，时间为20～60s。进一步，所述步骤2.2)和步骤2.3)中的透析袋的分子量为3500D。进一步，所述步骤2.1)中的搅拌过程中：搅拌速率为500转/分～2000转/分。进一步，所述步骤2.2)中的搅拌过程中：搅拌速率为500转/分～2000转/分。进一步，所述步骤2.2)中的冷冻干燥过程中：在冷冻干燥机进行，所述冷冻干燥机的冷阱温度为-55℃。进一步，所述步骤2.3)中的冷冻干燥过程中：在冷冻干燥机进行，所述冷冻干燥机的冷阱温度为-55℃。一种通过权利要求1～6任一项所述的制备方法所获得的生物相容性酶响应抗菌钛材。值得说明的是：近年来，基于儿茶酚的仿生材料在生物材料领域受到越来越多的关注。通过化学修饰方法，儿茶酚基团可以接枝在各种聚合物上，包括聚(乙二醇)(PEG-邻苯二酚)，透明质酸(HA-邻苯二酚)，海藻酸钠(ALG-邻苯二酚)，壳聚糖(Chi-邻苯二酚)等等。大量的研究表明，邻苯二酚衍生物不仅在组织表面具有很强的粘附性，而且具有良好的生物相容性。研究表明，在钛材表面构建儿茶酚功能化的壳聚糖/明胶/羟基磷灰石复合涂层，赋予钛材抗氧化活性，能在氧化应激条件下通过上调细胞黏附相关基因的表达，显著促进成骨细胞的粘附、分化能力。此外，儿茶酚功能化的透明质酸水凝胶能实现高效的成骨细胞封装和体内的骨整合能力。本研究中，通过电化学阳极氧化法在钛材表面构建均匀的二氧化钛纳米管阵列(TNT)，并将其作为药物储池，将抗生素(万古霉素)加载到纳米管内(TNT@Van)。然后，通过酰胺反应，将儿茶酚基团接枝到透明质酸和壳聚糖上，命名为HA-c和Chi-c。采用Chi-c和HA-c作为聚阳离子和聚阴离子，通过层层自组装技术，在加载万古霉素的纳米管表面构建聚电解质多层膜。进行以下推测：由于多层膜上存在丰富的儿茶酚基团，该平台可以促进成骨细胞早期黏附。目前，由于简单性、通用性、可控性和低成本，层层自组装已经应用在整形外科上的功能涂层的制备中。同时，层层自组装构建的聚电解质多层膜可以实现所加载药物的缓释并赋予钛基植入体生物功能。一些研究已经证实，有效的细胞粘附到生物材料表面可显著降低感染风险。并且，金黄色葡萄球菌(S.aureus)是临床骨科手术中最常见的感染性细菌，该细菌感染发生后会在短时间内大量增殖并分泌多种有害物质(例如外毒素，肠毒素，透明质酸酶等)，影响正常机体细胞的增殖生长，进而阻碍植入材料与机体之间的机械整合。因此，在本项研究中，在万古霉素加载的纳米管表面构建的Chi-c和HA-c的多层膜由于丰富儿茶酚基团的存在能够实现成骨细胞有效的粘附、分化能力，并且能够实现透明质酸酶存在下的膜原位瓦解，从而实现万古霉素的原位释放，实现智能响应性的抗菌。本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种生物相容性酶响应抗菌钛材的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)利用阳极氧化法构建管径为70nm的二氧化钛纳米管作为药物储池，并对其进行抗生素的装载；1.1)将钛箔依次用乙醇、丙酮、乙醇和蒸馏水各自清洗10～20分钟；干燥后进行电化学腐蚀；所述干燥过程的温度为60℃；所述电化学腐蚀过程中：铂箔作为阴极，钛箔作为阳极；电解溶液为含有氟化铵的水/甘油混合物，所述氟化铵的浓度为0.27M，所述水和甘油的体积比包括0︰1、1︰3、1︰1、3︰1或1︰0；所述电化学腐蚀过程中，恒定电压为10～30V，电解时间为30～90分钟；1.2)将电解后的钛箔进行煅烧，得到结构稳定的锐钛矿型二氧化钛纳米管；所述煅烧过程中：煅烧温度为450℃；煅烧时间为2小时；1.3)利用真空压力载药法在每片面积10mm×10mm纳米管样品中装载20～200μg的万古霉素；2)利用盐酸多巴胺和二氢咖啡酸，通过酰胺反应分别对透明质酸钠和壳聚糖多糖链进行改性，分别接枝上儿茶酚基团；2.1)配置浓度为0.1％～1％的透明质酸水溶液，将1‑(3‑二甲基氨基丙基)‑3‑乙基碳二亚胺盐酸盐和N‑羟基琥珀酰亚胺添加到透明质酸水溶液中，调节混合溶液的pH值至4.5～6.5，磁力搅拌10～60分钟，得到混合物A；所述1‑(3‑二甲基氨基丙基)‑3‑乙基碳二亚胺盐酸盐、N‑羟基琥珀酰亚胺和透明质酸的摩尔比分别为0.1～1︰0.1～1︰0.1～1；2.2)将盐酸多巴胺加入到混合物A中，调节pH值至4.5～6.5，避光磁力搅拌反应6～24小时；所得的产物用透析袋在磷酸盐缓冲液溶液中进行透析，冷冻干燥后，收集得到产物A；所述盐酸多巴胺与步骤2.1)中的透明质酸钠的摩尔比为0.1︰1～1︰1；所述PBS溶液的pH值为4.5～6.5；所述透析过程的时间为3天；2.3)配置浓度为0.1％～1％的壳聚糖水溶液，用冰醋酸调节pH值至5.5；将二氢咖啡酸和1‑(3‑二甲基氨基丙基)‑3‑乙基碳二亚胺盐酸盐添加到溶解的壳聚糖水溶液中，调节混合溶液的pH为4.5～6.5，磁力搅拌6～24小时；所述二氢咖啡酸、1‑(3‑二甲基氨基丙基)‑3‑乙基碳二亚胺盐酸盐与壳聚糖的摩尔比为0.1～1︰0.1～1︰0.1～1；所得的产物(Chi‑c)用透析袋在磷酸盐缓冲液溶液中进行透析，冷冻干燥后，收集得到产物B；所述PBS溶液的pH值为4.5～6.5；所述透析过程的时间为3天；3)利用层层自组装方法，在加载万古霉素的纳米管表面构建儿茶酚基团改性的聚电解质多层膜；3.1)用步骤2.2)中得到的产物A和无菌蒸馏水混合，得到HA‑c溶液；用步骤2.3)中得到的产物B和无菌蒸馏水混合，得到Chi‑c溶液，使用冰醋酸调Chi‑c溶液的pH值至5.5；所述HA‑c溶液的浓度为0.5～2mg/mL；所述Chi‑c溶液的浓度为1～10mg/mL；3.2)使用旋涂仪将步骤3.1)中得到的HA‑c溶液和调节pH值后的Chi‑c溶液进行交替旋涂2～10次，最终得到具有促进成骨细胞粘附、分化以及细菌响应性抗菌的双重功能的生物涂层的钛材；所述钛材为TNT@Van‑LBLc；所述旋涂仪的设置包括：转速为100～400rpm/min，时间为5～10s；转速为2000～4000rpm/min，时间为20～60s。...

【技术特征摘要】
1.一种生物相容性酶响应抗菌钛材的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)利用阳极氧化法构建管径为70nm的二氧化钛纳米管作为药物储池，并对其进行抗生素的装载；1.1)将钛箔依次用乙醇、丙酮、乙醇和蒸馏水各自清洗10～20分钟；干燥后进行电化学腐蚀；所述干燥过程的温度为60℃；所述电化学腐蚀过程中：铂箔作为阴极，钛箔作为阳极；电解溶液为含有氟化铵的水/甘油混合物，所述氟化铵的浓度为0.27M，所述水和甘油的体积比包括0︰1、1︰3、1︰1、3︰1或1︰0；所述电化学腐蚀过程中，恒定电压为10～30V，电解时间为30～90分钟；1.2)将电解后的钛箔进行煅烧，得到结构稳定的锐钛矿型二氧化钛纳米管；所述煅烧过程中：煅烧温度为450℃；煅烧时间为2小时；1.3)利用真空压力载药法在每片面积10mm×10mm纳米管样品中装载20～200μg的万古霉素；2)利用盐酸多巴胺和二氢咖啡酸，通过酰胺反应分别对透明质酸钠和壳聚糖多糖链进行改性，分别接枝上儿茶酚基团；2.1)配置浓度为0.1％～1％的透明质酸水溶液，将1-(3-二甲基氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐和N-羟基琥珀酰亚胺添加到透明质酸水溶液中，调节混合溶液的pH值至4.5～6.5，磁力搅拌10～60分钟，得到混合物A；所述1-(3-二甲基氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐、N-羟基琥珀酰亚胺和透明质酸的摩尔比分别为0.1～1︰0.1～1︰0.1～1；2.2)将盐酸多巴胺加入到混合物A中，调节pH值至4.5～6.5，避光磁力搅拌反应6～24小时；所得的产物用透析袋在磷酸盐缓冲液溶液中进行透析，冷冻干燥后，收集得到产物A；所述盐酸多巴胺与步骤2.1)中的透明质酸钠的摩尔比为0.1︰1～1︰1；所述PBS溶液的pH值为4.5～6.5；所述透析过程的时间为3天；2.3)配置浓度为0.1％～1％的壳聚糖水溶液，用冰醋酸调节pH值至5.5；将二氢咖啡酸和1-(3-二甲基氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐添加到溶解的壳聚糖水溶液中，调节混合溶液的pH为4.5～6.5，磁力搅拌6～24小时；所述二氢咖啡酸、1-(3-二甲基氨基丙基)-...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡开勇，袁璋，黄骕洲，熊海舟，兰少雄，和野，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：重庆,50