【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及骨科植入性生物医用材料领域，具体涉及植入金属表面调节骨微环境促进成骨涂层及其制备方法。
技术介绍
1、金属作为制造骨科植入物常用的材料之一，具有许多优点。首先，它具有较高机械强度和刚性，能够提供稳定的支撑和承载功能。其次，金属材料的可加工性非常好，可以通过锻造、铸造、粉末冶金等工艺进行加工和制造，以满足不同形状、尺寸和结构的植入物需求。此外，钛、锆、钽、钴、镍等金属及其合金常用于骨科植入物的金属材料均具有较好的耐腐蚀性能，可以在体液环境中长期保持稳定。然而，金属表面表现出的生物惰性也导致其与骨的整合速度相对较慢，这是导致植入物在初期失败的主要原因之一。
2、二价金属离子在骨生长和骨修复过程中发挥着各种不同的作用。锶作为人体中的一种微量元素，主要存在于骨骼之中，锶离子能刺激骨细胞的增殖和分化，此外，它还能促进骨基质的沉积，增加骨密度和骨强度。钙是骨组织的主要成分，适量的钙离子有助于骨矿化和骨密度增加。锌是许多酶的辅助因子，在骨组织中，锌离子可以调控成骨细胞和破骨细胞的代谢以及生长因子的表达。铜离子参与骨基质蛋白的合成，微量的铜离子有助于骨组织的形成。镁离子可通过激活pi3k/akt信号通路促进成骨细胞的活力和分化，从而具有促进成骨细胞的活力和分化的作用。
3、阿仑膦酸盐是用于预防和治疗骨质疏松症最常用的药物之一。它通过抑制骨质吸收、促进骨形成、提高骨密度，从而减少骨折风险。然而，阿仑膦酸盐的口服吸收和生物利用度有限，同时其口服给药还伴随着严重的副作用，包括颌骨坏死；胃肠道系统刺激；恶心；肌肉骨
技术实现思路
1、专利技术目的：为了解决现有技术存在的技术问题，本专利技术旨在提供一种植入金属表面调节骨微环境促进成骨的涂层，并且提供了该涂层的制备方法。
2、技术方案：本专利技术所述的植入金属表面调节骨微环境促进成骨的涂层，以金属基生物材料为基体，由内向外依次包括氧化物纳米管层、聚多巴胺层和羧甲基壳聚糖/阿仑膦酸盐复合层，所述氧化物纳米管层由金属离子搭载于氧化物纳米管层中形成。
3、进一步地，所述聚多巴胺层和羧甲基壳聚糖/阿仑膦酸盐复合层中，羧甲基壳聚糖中的羧基与阿仑膦酸盐中的氨基的摩尔比＞1，所述羧甲基壳聚糖的相对分子质量为4000-500000，所述阿仑膦酸盐为阿仑膦酸钠。
4、进一步地，所述金属离子为锶离子、钙离子、锌离子、铜离子、镁离子中的一种或多种，所述植入的金属为钛、锆、钽、钴、镍金属或其合金，所述氧化物为钛、锆、钽、钴、镍金属或其合金的氧化物，所述氧化物纳米管层的内径为30-120nm、管长为0.1-5μm。
5、本专利技术所述的植入金属表面调节骨微环境促进成骨的涂层的制备方法包括以下步骤：
6、(1)以金属基生物材料作为阳极，采用电化学氧化的方法在其表面制备规则的氧化物纳米管层；
7、(2)将步骤(1)制得的材料在含金属离子的溶液中进行水热处理；
8、(3)将步骤(2)制得的材料进行退火处理，获得具有晶体结构的氧化物纳米管层；
9、(4)将步骤(3)制得的材料置于多巴胺溶液中进行自聚合沉积反应；
10、(5)将步骤(4)制得的材料置于羧甲基壳聚糖/阿仑膦酸盐混合溶液中，震荡反应，再清洗并干燥后即得植入金属表面调节骨微环境促进成骨的涂层。
11、进一步地，步骤(1)中，所述电化学氧化的条件为：氧化电压为10-200v，氧化时间为1-120min，反应温度控制在0℃-50℃，阴阳极距离控制在1-5cm之间。
12、进一步地，步骤(2)中，所述的含金属离子的溶液的浓度为0.002-2.5mol/l，水热处理的温度为150-200℃，水热处理的时间为l-5h。
13、进一步地，步骤(3)中，所述退火处理的温度为200-900℃，退火处理的时间为1-5h，从室温到最高温度每分钟升高5-15℃。
14、进一步地，步骤(4)中，所述多巴胺溶液的溶剂为tris溶液或生理盐水，最终溶液ph控制在7-9之间，多巴胺浓度为0.5mg-10mg/ml；所述自聚合沉积反应的条件为：室温下沉积12-24h。
15、进一步地，步骤(5)中，所述羧甲基壳聚糖/阿仑膦酸盐混合溶液的制备方法为：将羧甲基壳聚糖溶解于溶剂后，加入阿仑膦酸盐，充分搅拌，随后加入活化剂进行活化，充分反应后即得；所述溶剂为ph＝4-7的弱酸性水溶液或醇类溶液中；所述弱酸性水溶液为tris缓冲液溶液，在溶于弱酸性水溶液时，于2-8℃环境中溶解2-24h；所述醇类溶液包括乙醇或异丙醇，在溶于醇类溶液时需要超声处理或长时间(1-3小时)搅拌。
16、进一步地，所述活化剂为羧基具有活化作用的物质，优选的，活化剂为n,n-二甲基氨基丙基三甲氧基硅烷、n,n’-二异丙基碳二亚胺、三氟乙酸酐n-乙酰基-n’-(二甲氨基)吡咯烷、1-(3-二甲基氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺和n-羟基丁二酰亚胺等对一种或多种，活化剂与羧甲基壳聚糖中的羧基的摩尔比≥1，活化的时间为10-30min；所述震荡反应的时间为2-24h。
17、专利技术原理：本专利技术利用阳极氧化制备的金属氧化物纳米管阵列，其纳米管的内径为30-120nm、管长为0.1-5μm。细胞粘附、生长以及正常功能的表达与材料表面拓扑结构密切相关，因此可通过调节纳米管尺寸调控细胞行为，加速细胞早期粘附、促进细胞功能表达。通过水热法，在纳米管内掺杂sr、ca、zn、cu、mg活性金属离子，在植入体界面释放出适当浓度的离子可刺激成骨细胞的增殖和分化、正常功能的表达，并具有抗炎作用；退火处理改变了纳米管晶体结构，进一步改善了细胞粘附行为。同时，又使金属活性离子与金属氧化物纳米管形成离子键，生成金属盐类，结合更紧密；在植入后，金属活性离子可缓慢、可控地释放到人体体液中，避免了大量金属离子突释带来的细胞毒性。进一步，在载金属离子的纳米管阵列表面沉积聚多巴胺层，可以为阿仑膦酸盐的固定起到中间层的作用，同时也对内部金属离子的释放起到控制作用。阿仑膦酸盐具有抑制骨质吸收、促进骨形成的作用，可用于治疗骨质疏松，同时阿仑膦酸盐的双磷酸基团具有明显骨靶向性和骨亲和力，可特异性吸附骨组织中的羟基磷灰石以及钙离子，可以用作寻骨材料。羧甲基壳聚糖是一种的多糖结构，利用羧甲基壳聚糖的羧基与阿仑膦酸盐的氨基发生酰胺反应而共价结合，而过量的羧甲基壳聚糖使得反应后残留在大量羧基可以与聚多巴胺层中的氨基通过酰胺反应而实现共价结合，从而将阿仑膦酸盐、羧甲基壳聚糖固定在材料表面，并通过共价键减缓阿仑膦酸盐的释放、避免突释带来的细胞毒性。
18、有益效果：与现有技术相比，本专利技术具有以下显著优点：
19、(1)本专利技术通过在植入的金属表面制备规则的氧化物纳米管阵列，增加了金属材料的表面活性和亲水性，为随后活性离子、生物分子的搭载提供了良好的位点；sr、ca、zn、cu、mg活性金属离子和阿仑膦酸盐分子具有很好的调节植入材料表面微环境、促本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种植入金属表面调节骨微环境促进成骨的涂层，其特征在于，以金属基生物材料为基体，由内向外依次包括氧化物纳米管层、聚多巴胺层和羧甲基壳聚糖/阿仑膦酸盐复合层，所述氧化物纳米管层由金属离子搭载于氧化物纳米管层中形成。
2.根据权利要求1所述的涂层，其特征在于，所述聚多巴胺层和羧甲基壳聚糖/阿仑膦酸盐复合层中，羧甲基壳聚糖中的羧基与阿仑膦酸盐中的氨基的摩尔比＞1，所述羧甲基壳聚糖的相对分子质量为4000-500000，所述阿仑膦酸盐为阿仑膦酸钠。
3.根据权利要求1所述的涂层，其特征在于，所述金属离子为锶离子、钙离子、锌离子、铜离子、镁离子中的一种或多种，所述氧化物为钛、锆、钽、钴、镍金属或其合金的氧化物，所述氧化物纳米管层的内径为30-120nm、管长为0.1-5μm。
4.根据权利要求1所述的涂层，其特征在于，所述植入的金属为钛、锆、钽、钴、镍的金属或其合金。
5.一种权利要求1所述的植入金属表面调节骨微环境促进成骨的涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述的含金属离子的溶液的浓度为0.002-2.5mol/L，水热处理的温度为150-200℃，水热处理的时间为l-5h。
8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述退火处理的温度为200-900℃，退火处理的时间为1-5h，从室温到最高温度每分钟升高5-15℃。
9.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，所述多巴胺溶液的溶剂为Tris缓冲液或生理盐水，最终溶液PH控制在7-9之间，多巴胺浓度为0.5mg-10mg/ml；所述自聚合沉积反应的条件为：室温下沉积12-24h。
10.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤(5)中，所述羧甲基壳聚糖/阿仑膦酸盐混合溶液的制备方法为：将羧甲基壳聚糖溶解于溶剂后，加入阿仑膦酸盐，充分搅拌，随后加入活化剂进行活化，充分反应后即得；所述溶剂为PH＝4-7的弱酸性水溶液或醇类溶液中；所述活化剂为对羧基具有活化作用的物质，活化剂与羧甲基壳聚糖中的羧基的摩尔比≥1，活化的时间为10-30min；所述震荡反应的时间为2-24h。
...【技术特征摘要】
1.一种植入金属表面调节骨微环境促进成骨的涂层，其特征在于，以金属基生物材料为基体，由内向外依次包括氧化物纳米管层、聚多巴胺层和羧甲基壳聚糖/阿仑膦酸盐复合层，所述氧化物纳米管层由金属离子搭载于氧化物纳米管层中形成。
2.根据权利要求1所述的涂层，其特征在于，所述聚多巴胺层和羧甲基壳聚糖/阿仑膦酸盐复合层中，羧甲基壳聚糖中的羧基与阿仑膦酸盐中的氨基的摩尔比＞1，所述羧甲基壳聚糖的相对分子质量为4000-500000，所述阿仑膦酸盐为阿仑膦酸钠。
3.根据权利要求1所述的涂层，其特征在于，所述金属离子为锶离子、钙离子、锌离子、铜离子、镁离子中的一种或多种，所述氧化物为钛、锆、钽、钴、镍金属或其合金的氧化物，所述氧化物纳米管层的内径为30-120nm、管长为0.1-5μm。
4.根据权利要求1所述的涂层，其特征在于，所述植入的金属为钛、锆、钽、钴、镍的金属或其合金。
5.一种权利要求1所述的植入金属表面调节骨微环境促进成骨的涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述电化学氧化的条件为：氧化电压为10-200v，氧化时间为1-120min，反应温...
【专利技术属性】
技术研发人员：张秋阳，马文富，贾昆鹏，张鑫哲，王凌涛，吉嫣，潘长江，陈洁，杨忠美，柳森，
申请(专利权)人：淮阴工学院，
类型：发明
国别省市：
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