锌离子协同光热增强抗菌的促成骨钛植入体材料制造技术

本发明专利技术涉及一种锌离子协同光热增强抗菌的促成骨钛植入体材料及其制备方法

【技术实现步骤摘要】
锌离子协同光热增强抗菌的促成骨钛植入体材料


[0001]本专利技术属于生物医用材料
，具体涉及锌离子协同光热增强抗菌的促成骨钛植入体材料
。

技术介绍

[0002]生物医用金属材料作为一种较为热门的新型材料，被广泛应用于人体软硬组织
、
器官等部位，能够对人体相关部位进行治疗
、
替代
、
修复及功能重建，在人体的各类疾病治疗中起着至关重要的作用
。
近年来，在全球人口老龄化浪潮的侵袭下，骨科类疾病的发病率逐年上升，用于人体硬组织（如骨科
、
牙科
、
关节等）替代和修复的金属材料的临床需求量正极速增长
。
[0003]纳米结构特征会影响其表面的物理化学性质，如表面化学
、
形态
、
润湿性
、
表面电荷，甚至影响生物反应的电场，独特的纳米形貌具有抑制细菌粘附的潜力
。
通过碱液水热处理在钛基植入体表面形成纳米网状结构，赋予其良好的
808nm
近红外光响应发热性能，增强促成骨分化功能，是对钛基植入体表面修饰改性的有效方法
。
[0004]锌是生命代谢中的重要微量金属元素，是多种生物酶类的重要辅基，在整个生命活动中不可或缺
。
锌离子可通过氧化应激反应和静电吸附，导致细菌细胞壁破裂，引起细菌细胞质外流，抑制细菌繁殖，致使细菌死亡
。ZIF
‑8一种典型的金属有机骨架材料，其结构是以无机金属离子 Zn
2+ 作为活性位点跟 2
‑
甲基咪唑这种有机配体通过配位键结合而成的多孔聚合物，具有较好的生物相容性
。
在细菌滋生的酸性伤口环境中，
ZIF
‑8能够响应
pH
降低自动降解，释放锌离子而产生一定的抗菌活性
。
此外 ZIF
‑8由于其多孔特性还具有较强的药物负载能力，可实现促成骨分化药物的负载及释放，进一步增强钛基植入体表面的骨整合能力
。
利塞膦酸钠（
RIS
）体积小，水溶性好，是治疗骨科类疾病药物
。
通过
ZIF
‑
8 的负载与释放，可以与骨组织中的羟磷灰石特异性结合
、
抑制破骨细胞形成
、
增强成骨能力
。
[0005]碱液水热反应可在钛及其合金表面构建
TiO2纳米网状结构，二次水热反应可在纳米网状结构上负载有利塞膦酸钠药物（
RIS
）的含锌有机金属骨架（
ZIF
‑8），最终可制备负载含锌有机金属骨架
ZIF
‑8纳米颗粒的
TiO2纳米网状结构涂层
。
该涂层中的纳米网状结构在改善植入体表层生物活性的同时还具备光热转换性能；发挥 ZIF
‑
8 本身的抗菌活性的同时利用其多孔负载能力负载促成骨分化药物，进一步改善其生物相容性
。
结合近红外光的辐照策略及锌离子
/
药物
pH
释放协同作用，在不对人体组织造成损伤的温度下，可赋予钛基植入体良好的光热抗菌性能
、
抑制细菌生物膜性能
、
生物相容性及促成骨分化能力
。
该构想在生物医用材料
鲜有报道
。
鉴于此，本专利技术提供了一种锌离子协同光热增强抗菌的促成骨钛植入体材料
。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是针对钛基植入体的迫切需求，提出一种锌离子协同光热增强抗菌的促成骨钛植入体材料
。
该材料可以有效抗菌，避免由细菌感染引起的材料植入失败，结合
近红外光的辐照策略及锌离子释放协同作用，在不对人体组织造成损伤的温度下，赋予钛基植入体在体外和动物体内优异光热抗菌性能良好的抑制细菌生物膜形成的能力
、
良好的生物相容性及良好的促成骨分化能力
。
[0007]本专利技术通过碱液处理纯钛基体在其表面原位构建
TiO2纳米网状结构，随后合成含有利塞膦酸钠的
ZIF
‑8纳米颗粒
ZIF
‑
8@RIS
，通过二次水热将
ZIF
‑
8@RIS
纳米颗粒负载于
TiO2纳米网状结构，制备得到负载含锌及促成骨药物的有机金属骨架
ZIF
‑8纳米颗粒的
TiO2纳米网状结构涂层
。
该涂层赋予了植入体优异的抗菌性能，并且具有良好的生物相容性及良好的促成骨分化能力
。
总体而言，该植入体植入人体后能有效降低二次感染的风险，并且具有良好的促成骨分化能力
。
[0008]本专利技术具体通过以下技术方案实现：一种锌离子协同光热增强抗菌的促成骨钛植入体材料，其特征在于，所述的钛植入体材料由生物相容性良好的纯钛或钛合金基体
、
其表面原位生长的
TiO2纳米网状结构涂层以及其上负载的含锌及促成骨药物的有机金属骨架
ZIF
‑8纳米颗粒构成
。
所述的植入体材料在细菌感染生理环境中自动响应
pH
值释放锌离子以及促成骨药物利塞膦酸钠（
RIS
），具有良好的
808nm
近红外光响应发热性能和锌离子释放协同光热增强抗菌能力以及促成骨分化功能
。
所述的锌离子协同光热增强抗菌的促成骨钛植入体材料的制备，包括如下步骤：（1）预处理：以医用纯钛或者钛合金作为基体，对基体表面进行物理打磨抛光，随后分别使用无水乙醇
、
去离子水超声清洗，干燥后将基体置于浓硝酸混合氢氟酸的抛光液中，随后将基体清洗
、
干燥
、
备用；（2）
TiO2纳米网状结构制备：将步骤（1）制备基体置于氢氧化钠溶液中，随后进行水热反应，待反应结束冷却至室温，取出
、
风干，得到生长有
TiO2纳米网状结构的钛基体；（3）含锌及促成骨药物的有机金属骨架纳米颗粒
ZIF
‑
8@RIS
的制备：配置六水合硝酸锌与利塞膦酸钠混合水溶液，随后将其滴入
10ml
的2‑
甲基咪唑（2‑
MeIM
）水溶液，磁力搅拌反应，随后得到
ZIF
‑
8@RIS 纳米颗粒
;
（4） 负载
ZIF
‑
8@RIS
纳米颗粒涂层
HT/ZIF
‑
8@RIS
的制备：将步骤（3）制备
ZIF
‑
8@RIS
溶液倒入反应釜内胆，随后将碱液水热处理后的
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
锌离子协同光热增强抗菌的促成骨钛植入体材料，其特征在于，所述的钛植入体材料由生物相容性良好的纯钛或钛合金基体
、
其表面原位生长的
TiO2纳米网状结构涂层以及其上负载的含锌及促成骨药物的有机金属骨架
ZIF
‑8纳米颗粒构成
。
所述的植入体材料在细菌感染生理环境中自动响应
pH
值释放锌离子以及促成骨药物利塞膦酸钠（
RIS
），具有良好的
808nm
近红外光响应发热性能和锌离子释放协同光热增强抗菌能力以及促成骨分化功能
。
所述的锌离子协同光热增强抗菌的促成骨钛植入体材料的制备，包括如下步骤：（1）预处理：以医用纯钛或者钛合金作为基体，对基体表面进行物理打磨抛光，随后分别使用无水乙醇
、
去离子水超声清洗，干燥后将基体置于浓硝酸混合氢氟酸的抛光液中，随后将基体清洗
、
干燥
、
备用；（2）
TiO2纳米网状结构制备：将步骤（1）制备基体置于氢氧化钠溶液中，随后进行水热反应，待反应结束冷却至室温，取出
、
风干，得到生长有
TiO2纳米网状结构的钛基体；（3）含锌及促成骨药物的有机金属骨架纳米颗粒
ZIF
‑
8@RIS
的制备：配置六水合硝酸锌与利塞膦酸钠混合水溶液，随后将其滴入
10ml
的2‑
甲基咪唑（2‑
MeIM
）水溶液，磁力搅拌反应，随后得到
ZIF
‑
8@RIS 纳米颗粒
;
（4）负载
ZIF
‑
8@RIS
纳米颗粒涂层
HT/ZIF
‑
8@RIS
的制备：将步骤（3）制备
ZIF
‑
8@RIS
溶液倒入反应釜...

【专利技术属性】
技术研发人员：饶席，袁学花，曹恩瑜，徐健，
申请(专利权)人：西南大学，
类型：发明
国别省市：