一种抗菌/抗骨肉瘤/促成骨多功能性钛基植入材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种抗菌/抗骨肉瘤/促成骨多功能性钛基植入材料的制备方法；本发明专利技术首先通过微弧氧化处理在钛材表面构建锶离子掺杂的羟基磷灰石多孔涂层；然后将样本置于含2,5‑二羟基对苯二甲酸和硝酸镁的高压反应釜中，125℃条件下反应24h，在表面获得金属有机骨架涂层；所获得Mg‑MOF74/Sr‑HA复合涂层修饰样本呈现出优越的抗菌、抗骨肉瘤及促成骨特性，具有良好的临床应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种抗菌/抗骨肉瘤/促成骨多功能性钛基植入材料及其制备方法
本专利技术涉及生物医用材料领域，具体是一种抗菌/抗骨肉瘤/促成骨多功能性钛基植入材料的制备方法。
技术介绍
近年来，细菌感染已被证明是引起骨科植入手术失败的第二大因素。研究表明，感染后的4-6小时是细菌治疗的关键时期。该阶段中，侵入细菌将附着于植入体表面大量扩增，进而形成致密菌膜层后保护内部细菌免遭抗菌物质侵害，该类菌膜也将较大程度上阻碍植入体与周围骨间的早期整合。另外，骨肉瘤切除手术后多存在游离骨肉瘤细胞残留，该类细胞也可能会导致肿瘤复发、损害骨整合过程。因此，针对于骨肉瘤切除或细菌性二次翻修手术的患者，研发具有早期抗菌、抗骨肉瘤及促成骨多性能的骨科植入材料具有较大的应用前景。
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，提供一种抗菌/抗骨肉瘤/促成骨多功能性钛基植入材料的制备方法。为实现本专利技术目的而采用的技术方案是这样的，一种抗菌/抗骨肉瘤/促成骨多功能性钛基植入材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)通过微弧氧化处理，在钛材表面构建锶离子掺杂的羟基磷灰石(Sr-HA)多孔涂层；2)利用水热反应途径，在锶离子掺杂的羟基磷灰石表面构建金属有机骨架Mg-MOF74涂层。进一步，所述步骤1)中通过微弧氧化处理在钛材表面构建Sr-HA多孔涂层的过程为：1.1)将预处理过后的钛箔浸入电解液中，在电压下进行反应，5～30min后得到样本；所述电解液中包括醋酸锶、醋酸钙、β甘油磷酸钠和水；所述醋酸锶的浓度小于0.3M；所述醋酸钙的浓度为0.1～0.3M；所述β甘油磷酸钠的浓度为0.1～0.3M；所述电压范围为300～600V；1.2)将步骤1.1)中得到的样本置于去离子水中进行超声清洗后，烘干备用。进一步，所述步骤1.1)中的预处理过程为：将钛箔进行裁剪后，依次使用乙醇、丙酮和去离子水各洗5～20min；干燥处理后备用。进一步，所述步骤1.2)中的超声清洗过程中：超声频率为30～50KHz，时间为0.5～2min。进一步，所述步骤2)中利用水热反应途径，在Sr-HA表面构建金属有机骨架Mg-MOF74涂层的过程为：2.1)配置含有硝酸镁和2,5-二羟基对苯二甲酸的电解液；所述电解液的溶剂包括二甲基甲酰胺、乙醇和去离子水；所述二甲基甲酰胺、乙醇和去离子水的体积(mL)比为(54～74)︰(0～10)︰(0～10)；所述硝酸镁和二甲基甲酰胺的重量体积比(g︰mL)为(0.5～1.0)︰(54～74)；所述2,5-二羟基对苯二甲酸和二甲基甲酰胺的重量体积比(g︰mL)为(0.2～0.5)︰(54～74)；2.2)将步骤1)中得到的微弧氧化处理后的Sr-HA样本浸入步骤2.1)中配置好的电解液中，并置于80～150℃条件下反应12～48h。一种通过权利要求1～5任一项所述的制备方法所获得的抗菌/抗骨肉瘤/促成骨多功能性钛基植入材料。值得说明的是：钛及其合金作为一种常见的牙科和骨科材料，自身拥有良好的生物相容性和力学性能等。但研究表明，钛基材料表现出强的生物惰性，极大地限制了植入体周围的早期骨整合。为了提高它们的生物相容性及成骨能力，研究者们通常使用正常或离子掺杂的羟基磷灰石涂层对材料进行表面修饰。进一步分析表明，用于羟基磷灰石涂层掺杂的金属元素多为镁、铜、锌、锶等。其中，锶离子是骨组织形成过程中不可缺少的元素，且20％的锶离子掺杂可显著地增加羟基磷灰石类植入体的早期骨形成和骨整合诱导能力。所以，本专利技术选择了Sr-HA涂层用以提高钛材的促成骨性能。近年来，金属有机骨架材料(MOFs)由于其规律性、多孔性及催化特性等受到越来越多的关注，且人们利用其开发了一系列新颖的功能化抗菌材料。通常，在水溶液中，MOFs材料会由于水分子的干扰而逐渐降解，而在酸性环境下材料的降解速率会显著地加快。因此，本专利技术在钛材表面构建Sr-HA和Mg-MOF74的复合涂层，该涂层将赋予钛植入体优越的抗菌、抗骨肉瘤和促成骨性能。本专利技术的技术效果是毋庸置疑的，本专利技术具有以下优点：1)本专利技术中的制备方法操作简便、重复性好、可控性强；2)利用本专利技术中的方法制备的多功能钛植入体具备优越的早期抗菌、抗骨瘤及促成骨特性，拥有良好的临床应用前景，在骨移植技术中有重要的研究价值和临床意义。附图说明图1为不同样本的表面扫描电镜(SEM)图；图2为不同样本的X射线衍射(XRD)图谱；图3为不同材料表面金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的SEM图；图4为培养6和24h后，不同材料表面金黄色葡萄球菌的抑菌率统计图；置信区间为99.9％(**p<0.01)；图5为培养6和24h后，不同材料表面大肠杆菌的抑菌率统计图；置信区间为99.9％(**p<0.01)；图6为骨肉瘤细胞(Saos-2cells)及成骨细胞(osteoblasts)于正常或预浸泡1d处理后，各样本表面培养3天后的FDA荧光图；图7为成骨细胞(osteoblasts)于预浸泡1d处理后，各样本表面培养7天后的碱性磷酸酶(ALP)活性、胶原表达及矿化染色的定量数据统计图；置信区间为99.9％(**p<0.01)；如图8所示，即为pH7.4或6.5条件下，Sr-HA-MOF74样本浸泡不同时间段后，2,5-二羟基对苯二甲酸(DHTA)的释放统计图；如图9所示，即为pH7.4或6.5条件下，Sr-HA-MOF74样本浸泡不同时间段后，镁离子(Mg2+)的释放统计图；如图10所示，即为不同浓度DHTA条件下，金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、骨肉瘤细胞及成骨细胞的细胞活性统计图；如图11所示，即为不同浓度Mg2+条件下，金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、骨肉瘤细胞及成骨细胞的细胞活性统计图；如图12所示，即为不同材料浸泡于培养金黄色葡萄球菌的肉汤培养基后，不同时间点时样本表面的局部pH值变化图；如图13所示，即为不同材料浸泡于培养大肠杆菌的肉汤培养基后，不同时间点时样本表面的局部pH值变化图；如图14所示，即为不同材料浸泡于培养骨肉瘤细胞的细胞DMEM培养基后，不同时间点时样本表面的局部pH值变化图；如图15所示，即为Sr-HA-MOF74样本抗菌、抗骨肉瘤及促成骨的潜在机制示意图。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术作进一步说明，但不应该理解为本专利技术上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本专利技术上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本专利技术的保护范围内。实施例1：一种抗菌/抗骨肉瘤/促成骨多功能性钛基植入材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)通过微弧氧化处理，在钛材表面构建锶离子掺杂的羟基磷灰石(Sr-HA)多孔涂层；1.1)将预处理过后的钛箔浸入电解液中，在电压下进行反应，10min后得到样本；所述电解液中包括醋酸锶、醋酸钙、β甘油磷酸钠和水；所述醋酸锶的浓度为0.05M；所述醋酸钙的浓度为0.15M；所述β甘油磷酸钠的浓度为0.2M；所述电压为550V；所述预处理过程为：将预裁剪的20片钛箔(1×1厘米)进行裁剪后，依次使用乙醇、丙酮和去离子水各洗10min；干燥处理后备用。1.2)将步骤1.1)中得到的样本置于去离子水中进行超声清洗后，烘干备用。所述超声清洗过程中：本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种抗菌/抗骨肉瘤/促成骨多功能性钛基植入材料及其制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)通过微弧氧化处理，在钛材表面构建Sr‑HA多孔涂层；2)利用水热反应途径，在锶离子掺杂的羟基磷灰石表面构建金属有机骨架Mg‑MOF74涂层。

【技术特征摘要】
1.一种抗菌/抗骨肉瘤/促成骨多功能性钛基植入材料及其制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)通过微弧氧化处理，在钛材表面构建Sr-HA多孔涂层；2)利用水热反应途径，在锶离子掺杂的羟基磷灰石表面构建金属有机骨架Mg-MOF74涂层。2.根据权利要求1所述的一种抗菌/抗骨肉瘤/促成骨多功能性钛基植入材料及其制备方法，其特征在于：所述步骤1)中通过微弧氧化处理在钛材表面构建Sr-HA多孔涂层的过程为：1.1)将预处理过后的钛箔浸入电解液中，在一定电压下进行反应，5～30min后得到样本；所述电解液中包括醋酸锶、醋酸钙、β甘油磷酸钠和水；所述醋酸锶的浓度小于0.3M；所述醋酸钙的浓度为0.1～0.3M；所述β甘油磷酸钠的浓度为0.1～0.3M；所述电压范围为300～600V；1.2)将步骤1.1)中得到的样本置于去离子水中进行超声清洗后，烘干备用。3.根据权利要求2所述的一种抗菌/抗骨肉瘤/促成骨多功能性钛基植入材料及其制备方法，其特征在于：所述步骤1.1)中的预处理过程为：将钛箔进行裁剪后，依次使用乙醇、丙酮和去离子水各洗5～20min；干燥处理后备用。4.根据权利要求2...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡开勇，沈新坤，张杨杨，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：重庆,50