一种于钛基材料表面构建防污抗菌涂层的方法及其应用技术

本发明专利技术属于医疗器械表面改性技术领域，具体涉及一种于钛基材料表面构建防污抗菌涂层的方法及其应用。将钛基材料表面经碱热处理后通过硅烷偶联剂于钛基材料表面引入碳碳双键功能基团，随后在引发剂作用下，通过自由基聚合反应在材料表面接枝聚丙烯酸，得到羧基表面改性的钛基材料；再将其与乙二胺和双端氨基PEG反应于钛基材料表面构建出PEG防污涂层，并将其浸泡于次氯酸钠溶液中，于钛基材料表面构建出N

【技术实现步骤摘要】
一种于钛基材料表面构建防污抗菌涂层的方法及其应用


[0001]本专利技术属于医疗器械表面改性
，具体涉及一种于钛基材料表面构建防污抗菌涂层的方法及其应用。

技术介绍

[0002]目前种植义齿修复已成为恢复缺失牙功能和形态的首选方式。由于种植体周围组织不同于天然牙周组织，其对细菌入侵的防御能力相对较弱，容易产生种植体周围感染，且一旦发生难以逆转，是种植修复失败的主要原因之一。种植体周围感染根据炎症累及的范围不同可分为种植体周围黏膜炎和种植体周围炎，前者炎症仅局限于黏膜，后者炎症已突破黏膜屏障累及骨组织。
[0003]通过种植材料的表面改性来预防和治疗种植体周围感染，从而提高种植修复的远期成功率是近年的研究热点。现有研究大多针对种植材料的龈下骨结合部分，对穿龈部分的研究甚少。然而，当种植体周围感染进展至种植体
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骨界面，即以骨吸收为特征的种植体周围炎时才会暴露龈下骨结合部分，此时疾病进程已难以逆转。事实上，种植体穿龈部分与软组织形成的紧密结合是种植体
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骨结合界面保护的第一道防御屏障，其可将种植体
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骨结合界面与口腔环境有效隔离，从而保证骨结合界面的稳定性。菌斑生物膜附着在种植体穿龈部分时，穿龈区黏膜容易产生炎症即种植体周围黏膜炎，导致种植体
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软组织结合界面被破坏。进一步，细菌突破软组织屏障侵入骨结合界面，引起以支持骨吸收为特征的种植体周围炎，最终导致种植修复失败。同时生物膜会降低抗菌剂的渗透能力，促进细菌进入休眠状态，大大降低细菌对抗菌剂的敏感性，为种植体周围感染的控制带来巨大挑战。因此，对种植体及其相关部件(如基台、愈合帽)的穿龈表面进行抗菌及防污改性，有望能从感染源头杀灭定植细菌，抑制生物膜的附着，从而预防和治疗种植体周围感染的发生。
[0004]另外，口腔颌面外科在骨折内固定、骨缺损重建、牵张成骨等方面应用的钛基植入物和装置常会暴露于口腔或外界，同样需要进行抗菌和防污改性，以有效地预防及控制周围组织感染。
[0005]N
‑
卤胺是一类具有一个或多个氮
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卤键(N
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X，X＝Cl、Br、和I)的化合物，其中起抗菌作用的是带正电荷的卤素原子(如Cl
+
)，其抗菌机制主要包括接触式和释放式抗菌。接触式抗菌是Cl
+
直接从N
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卤胺转移至细菌胞内；释放式抗菌是N
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卤胺水解向溶液中释放Cl
+
。由于Cl
+
具有强氧化作用，可改变细胞膜的完整性，能与细胞内某些蛋白受体发生氧化还原反应，破坏细胞酶系统，干扰细胞新陈代谢，并阻碍核酸合成，进而起到杀灭细菌的作用。在抗菌过程中N
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Cl 键水解为N
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H键，再次卤化处理后N
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H键又转变为N
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Cl键，重新获得抗菌活性。这个特性赋予N
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卤胺化合物优异的可再生抗菌性能。由于N
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卤胺化合物具有结构稳定、广谱抗菌、抗菌活性强、抗菌性能可循环再生利用、不易导致耐药菌产生、生物安全性好及成本低等特点，目前已被广泛用于医疗耗材改性、水及空气净化、食品包装改良等领域，但鲜见被用于钛种植体及其相关部件的表面改性。
[0006]聚乙二醇(Polyethylene glycol，PEG)具有亲水性和广泛pH范围内的电中性，可
以阻断基质与蛋白质之间的静电场和疏水相互作用，抵抗非特异性吸附，因此对细菌的胞外聚合物有较强的排斥作用，能有效地防止其黏附。其作用底物范围广，能通过共价键与多种化合物形成牢固的结合，并且具有良好的生物相容性，对人口腔上皮细胞无毒性。已经广泛应用于对蛋白质和多肽药物的修饰和药物体内传送，稳定性较强，不同聚合度的PEG均已经实现工业生产，端基功能基团多样且选择余地大，但鲜见被用于钛种植体及其相关部件的表面改性。
[0007]此外，现有研究中通过物理吸附或氢键将抗菌剂结合到钛表面形成的抗菌涂层牢固程度较低，抗菌成分析出快；传统化学涂层法将高分子抗菌剂及抗菌肽等物质应用于钛表面改性，缓释速率及效率随时间推移快速降低。且细菌杀灭后，钛表面残存的胞外聚合物会促进细菌的黏附，阻挡有效抗菌成分析出及抗菌激活剂的渗透，大大降低细菌对抗菌剂的敏感性。
[0008]因此，目前种植材料表面改性难以达到早期预防及控制疾病进程的作用，其抗菌涂层性能尚难达到预期的抗菌时效，且罕有针对预防生物膜的涂层研究，难以有效预防种植术后感染。

技术实现思路

[0009]本申请是基于专利技术人在先申请专利的进一步改进，解决了现有技术中存在的抗菌涂层稳定性差、可再生效果不理想的问题，更进一步解决了抗菌涂层出现的生物膜黏附的问题，本专利技术旨在提供一种于钛基材料表面构建防污抗菌涂层的方法及其应用，由本专利技术所述方法构建的涂层不仅结构稳定，与钛基材料表面结合牢固，具有良好的防污及可再生抗菌性能；尤其是本申请构建的独特的防污涂层，能够有效抑制生物膜黏附；另外，本申请构建的防污抗菌涂层还具有良好的生物相容性，极具市场推广应用价值。
[0010]基于上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0011]第一方面，本专利技术提供一种于钛基材料表面构建防污抗菌涂层的方法，包括如下步骤：
[0012]S1：将钛基材料经表面碱改性后，浸泡于含硅烷偶联剂的醇溶液中，于室温避光浸泡后取出晾干；
[0013]S2：将经步骤S1处理的钛基材料浸泡于含丙烯酸的醇溶液中，并加入引发剂搅拌均匀，于钛基材料表面形成聚丙烯酸；
[0014]S3：将经步骤S2处理的钛基材料晾干后置于乙二胺与双端氨基PEG的混合液中，并向混合液中加入酰胺偶联剂，搅匀后于40～60℃下反应10～14h，于钛基材料表面构建PEG防污涂层；
[0015]S4：将经步骤S3处理的钛基材料晾干后浸泡于次氯酸钠溶液，于
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4～10℃温度下，避光浸泡，于钛基材料表面形成N
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卤胺抗菌层，即经S1～S4所述方法处理后于钛基材料表面构建防污抗菌涂层。
[0016]本专利技术采用将钛基材料表面经碱处理后在硅烷偶联剂的作用下，于钛基材料表面引入碳碳双键功能基团，随后将其浸泡于丙烯酸溶液中，在引发剂作用下，通过自由基聚合反应于材料表面接枝聚丙烯酸，于钛基材料表面引入羧基，得到羧基表面改性的钛基材料；随后将其与乙二胺和双端氨基PEG反应，于钛基材料表面构建出PEG防污涂层，再将其浸泡
于次氯酸溶液中，于钛基材料表面构建出N
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卤胺抗菌涂层。即本专利技术采用共价键结合法及聚合物接枝法，利用双端氨基PEG与N
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卤胺的协同作用，于钛基材料表面构建出防污抗菌涂层，涂层与基材表面结合牢固，经抗菌、防污以及生物相容性试验证明，本专利技术构建的涂层具有良好的抗菌效果，并能够有效抑制微生物于涂层表面产生生物膜，具有良好的抗污性能，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种于钛基材料表面构建防污抗菌涂层的方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：将钛基材料经表面碱改性后，浸泡于含硅烷偶联剂的醇溶液中，于室温避光浸泡后取出晾干；S2：将经步骤S1处理的钛基材料浸泡于含丙烯酸的醇溶液中，并加入引发剂搅拌均匀，于钛基材料表面接枝聚丙烯酸；S3：将经步骤S2处理的钛基材料晾干后置于乙二胺与双端氨基PEG的混合液中，并向混合液中加入酰胺偶联剂，搅匀后于40～60℃下反应10～14h，于钛基材料表面构建PEG防污涂层；S4：将经步骤S3处理的钛基材料晾干后浸泡于次氯酸钠溶液，于
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4～10℃温度下，避光浸泡，于钛基材料表面形成N
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卤胺抗菌层；即经S1～S4所述方法处理后于钛基材料表面构建防污抗菌涂层。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S1对钛基材料进行表面碱改性的方法为：将钛基材料置于50～60℃的碱液中浸泡12～24h；所述碱液为4～6mol/L的NaOH溶液或KOH溶液。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述乙二胺与双端氨基PEG的混合液由向体积分数为30％的乙二胺水溶液中加入双端氨基PEG制得，混合液中双端氨基PEG的浓度为0.5～1.2mg/ml。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述次氯酸钠溶液中活性氯含量为7％～8％。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述含硅烷偶联剂的醇溶液为由硅烷偶联剂与75％的乙醇按照体积比2:...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴淑仪，李彦，吴丁财，李蔚然，周铭洪，黄智科，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：