一种用于钛及钛合金植入材料的抗菌防松动涂层制造技术

本发明专利技术具体涉及一种用于钛及钛合金植入材料的抗菌防松动涂层，包括以下制备步骤：1）将支链聚乙烯亚胺（BPEI）和一氧化氮（NO）作为原料制备聚乙烯亚胺偶氮二醇烯鎓盐（BPEI

【技术实现步骤摘要】
一种用于钛及钛合金植入材料的抗菌防松动涂层


[0001]本专利技术涉及一种用于钛及钛合金植入材料的抗菌防松动涂层，属于生物医学材料


技术介绍

[0002]钛及钛合金具有质轻、无毒、耐磨、抗腐蚀和生物相容性好等优点，在临床上被广泛用作植入体的基体材料。钛及其合金虽然具有良好的强度和韧性，但它们属于生物惰性材料，只能与周围组织之间形成简单的机械锁合，不能形成强有力的化学性键合，因此植入体在植入人体后很容易松动甚至脱落。在钛及钛合金植入物的植入早期，由于内植物/组织界面血管分布少，防御能力低，细菌易入侵从而发生感染，最终会导致植入物植入失败。目前研究在关注钛及钛合金植入物材料抗菌能力的同时，难以兼顾其对组织生长愈合的促进作用。因此，研发一种兼具促进组织细胞生长和抗菌功能的钛及钛合金植入物涂层成为解决问题的关键。
[0003]一氧化氮（NO）是一种内源性的亲脂分子，在许多生理学和病理学过程中起关键的调节作用，尤其对天然免疫系统中的抗感染起着关键性作用。NO分子与周围环境中的氧化剂发生反应生成的副产物过氧亚硝酸盐（ONOO
–
）和三氧化二氮（N2O3）易导致细菌膜的脂质过氧化作用，从而表现出显著的抗菌性能，在针对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抗菌研究中显示出高效的抗菌效果，且NO表现出良好的抗生物膜形成效果。同时，NO还能促进伤口愈合，增加肌成纤维细胞和胶原蛋白的产生，是一种良好的抗菌物质。
[0004]中国专利文献CN202010784905.8提供了一种抗菌功能材料，其中NO供体材料在光、热或水汽的刺激下能缓慢释放NO，加入促释剂帮助NO的释放行为，能起到抑制微生物生长、杀菌抗病毒的作用。但是该专利技术的NO释放需要的光、热等条件，且需要外加促释剂，不适用于人体内环境，无法用于体内植入物。同时，NO的释放时间为4~8 h，也不适用于长时间需要抑菌的环境。
[0005]中国专利文献CN202010565315.6提供了一种兼具抗菌、促成骨分化及矿化的载碘钛合金植入物及其制备方法，该专利技术通过共价接枝及氧化还原反应的方法将碘涂层固定到钛合金上，制得的碘涂层钛片表现出抗菌性能，同时能够促进骨髓间充质干细胞成骨分化。但是该专利中使用碘元素作为杀菌有效成分，不能促进组织、皮肤细胞的生长，且利用共价键合的碘涂层无法发挥游离碘的强抑菌性，长期使用的抑菌效果难以判断。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于利用NO的抗菌和促进组织愈合的能力以及明胶良好的生物相容性，提供一种基于钛及钛合金植入体抗菌防松动的涂层材料及其制备方法。本专利技术根据偶氮二醇烯鎓盐（NONOates）在体内能自发稳定地释放NO，且释放简单、无需细胞代谢等优点，将NONOates连接到明胶上，制备出拥有持续性灭菌效果、促进组织细胞愈合生长和防止体内植入物松动的钛及钛合金涂层材料。
[0007]本专利技术的目的之一是提供一种钛及钛合金植入体抗菌防松动的涂层及其制备方法，其采用的技术方案如下：一种持续性抑菌涂层，其特征在于，所述涂层为明胶单层膜结合聚乙烯亚胺偶氮二醇烯鎓盐所制；所述涂层的接触角为54
±7°
；所述涂层持续释放NO时间为40~60小时。
[0008]优选的，所述聚乙烯亚胺为低分子量支链聚乙烯亚胺（BPEI），分子量为500Da~2kDa，伯、仲胺的摩尔比约为1:1.5~2。
[0009]进一步优选的，所述BPEI
‑
NONOates的合成方法，包括以下步骤：（1）将BPEI、无水甲醇、四氢呋喃混合后，在室温下搅拌均匀；（2）将甲醇钠溶于无水甲醇，加入步骤（1）的混合溶液中，室温下恒温搅拌均匀；（3）将步骤（2）中所得的混合溶液放置在内部高压反应器中，通入NO气体，反应一段时间后排出NO，产物用无水乙醚沉淀洗涤后真空干燥，得到淡黄色粉末即BPEI
‑
NONOates；反应方程式：。
[0010]优选的，所述明胶单层膜是由分子量为1.40
×
10
5 g/mol的明胶分子构成的，M
w
/M
n
为1.43，制备明胶膜时所用的明胶溶液浓度为3.5 wt%~4.2 wt%。
[0011]优选的，明胶单层膜的厚度为12.4~15 nm，所述膜的接触角为54
±7°
。
[0012]本专利技术具有以下技术效果：1、本专利技术所选的抗菌有效成分为NO，是一种重要的体内生物信使分子，有着增强骨骼肌、延缓骨骼衰老、消炎抗炎、帮助伤口愈合等优异的功效；2、利用支链重氮化制备的BPEI
‑
NONOates是一种亲核NO供体，是最近十几年发展起来的具有优良性能的外源性NO供体药物，在体内能自发稳定地释放NO，且释放简单、无需细胞代谢，长时间应用不易产生耐受性；3、明胶单层膜与BPEI
‑
NONOates的结合应用赋予了涂层良好的生物相容性和抗菌作用，且不影响NO在体内的释放，同时加速组织细胞的生长和伤口的愈合，减小钛金属植入物与组织之间的空隙，起到良好的固定作用，也减少了细菌在空隙的吸附，更能起到抗感染的效果。
附图说明
[0013]图1为37℃时涂层在DPBS缓冲溶液中的累积NO释放量(%)随时间的变化。
[0014]图2为各涂层对HUVEC进行细胞增殖试验结果。数据以纯钛片的实验结果作为底数表示。
[0015]图3为样品的抑菌实验结果。
具体实施方式
[0016]下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施
例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护范围。
[0017]本专利技术实施例所用试剂除非特别说明，均为普通市售产品。
[0018]本专利技术中BPEI
‑
NONOates制备方法，包括以下步骤：（1）将BPEI按质量比1:4:13溶于无水甲醇和四氢呋喃中制备BPEI的溶液，在室温下搅拌均匀；（2）将甲醇钠（与BPEI的摩尔比为2.5:1）溶于无水甲醇并加入到BPEI溶液中，搅拌均匀后放置在内部高压反应器中；（3）高压反应器用140 kPa的氩气冲洗两次，每次10 min，以除去残留的氧气。然后在550 kPa下充入NO气体，在室温下搅拌反应充分。然后排出NO，用140 kPa的氩气冲洗反应器两次，之后用四氢呋喃/无水乙醚沉淀产品。通过过滤快速去除溶剂，并用无水乙醚洗涤产物，然后真空干燥，得到淡黄色产物。产物储存在
‑
20℃下。
[0019]实施例1一种基于钛及钛合金植入体抗菌防松动的涂层材料及其制备方法，包括以下步骤：（1）钛金属样品均为圆形，直径为1.0 cm且厚度为1 mm，使用600目、1200目、2500目、6000目砂纸依次对钛片进行打磨抛光至表面光滑，用去离子水和无水乙醇分别超声清洗钛片各15 m本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于钛及钛合金植入材料的抗菌防松动涂层，其特征在于，使用偶氮二醇烯鎓盐（NONOates）和明胶单层膜对钛及钛合金进行了改性，所述支链聚乙烯亚胺偶氮二醇烯鎓盐（BPEI
‑
NONOates）的NO持续释放时间为40~60小时，明胶单层膜的厚度为12.4~15.0nm，涂层的接触角为54
±7°
。2.根据权利要求1所述的涂层，其特征在于，制备BPEI
‑
NONOates的支链聚乙烯亚胺分子量为500Da~2kDa，伯、仲胺基的摩尔比为1:1.5~2。3.权利要求1所述的涂层，其特征在于，制备方法包括以下步骤：（1）合成BPEI
‑
NONOates：支链聚乙烯亚胺（BPEI）和一氧化氮作为原料，加入甲醇钠的甲醇溶液，通过高压反应器进行支链重氮化反应，制备作为NO供体的BPEI
‑
NONOates；反应方程式为：（2）正离子化处理：使用酸刻蚀液对钛金属进行处理，将步骤（1）制备好的BPEI
‑
NONOates结合在钛金属表面，形成表面正离子化；（3）钛金属表面明胶单层膜的制备：配置一定浓度的明胶溶液，加入一定量的十二烷基硫酸钠，调节pH至10.0
±
0.2，将步骤（2）处理好的钛金属放置在沉积盒中用配置好的溶液进行沉积，之后清洗干燥，得到所述涂层。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤（1）的具体方法为：将BPEI、无水甲醇、四氢呋喃按一定比例混合后，在室温下搅拌均匀；将甲醇钠溶于无水甲醇后加入混合溶液中，搅拌均匀；将混合溶液放置在内部高压反应器中，通入NO气体，反应一段时间后排出NO，产物用无水乙醚沉淀洗涤后真空干燥，得到淡黄色粉末即BPEI
‑
NONOates；进一步优选的，BPEI、无水甲醇、四氢呋喃得质量比为1:4:13；进一步优选的，甲醇钠与BPEI的...

【专利技术属性】
技术研发人员：张海军，马慧君，支树迪，袁坤山，
申请(专利权)人：山东百多安医疗器械股份有限公司，
类型：发明
国别省市：