一種醫(yī)用鈦金屬材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種醫(yī)用鈦金屬材料及其制備方法，其具有具有抗細菌粘附和促成骨細胞生長功能，其包括：醫(yī)用鈦金屬基體、第一附著層和第二附著層。本發(fā)明所述第一附著層為3-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷，第二附著層為聚乙二醇類化合物附著層，引入這這兩個附著層既提高聚乙二醇類化合物在鈦金屬表面的附著能力，防止脫落，又利用聚乙二醇類化合物提高鈦金屬抗細菌粘附能力，避免細菌在鈦金屬表面粘附繁殖。本發(fā)明在引入聚乙二醇類化合物附著層的過程中利用分子印跡方法，使鈦金屬材料具有對成骨細胞分子有效識別的功能，有利于成骨細胞在該材料表面固定生長。
【專利說明】一種醫(yī)用鈦金屬材料及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及生物醫(yī)用材料的表面改性領(lǐng)域，尤其涉及一種醫(yī)用鈦金屬材料及其制 備方法。 技術(shù)背景
[0002] 隨著醫(yī)療技術(shù)發(fā)展，醫(yī)用鈦金屬被作為牙種植體和骨種植體等種植材料廣泛應(yīng)用 在牙列缺損、骨頭損失等疾病治療，在挽救人的生命方面發(fā)揮了重要作用。然而該類手術(shù)的 感染率很高，可能會導致大量抗生素治療、去除種植體甚至死亡等嚴重后果。種植體相關(guān)感 染高發(fā)的主要原因有兩點：菌斑在種植體表面聚集和種植體骨結(jié)合界面抵抗能力低下。因 此，需要提高鈦金屬的抗菌性能和促進成骨細胞生長功能。
[0003] 細菌在材料表面的生長，分成三步：首先是細菌在材料表面的粘附，然后是細菌的 繁殖，最后形成穩(wěn)定的生物膜。一旦細菌在材料表面形成生物膜，殺菌劑就很難對細菌發(fā)揮 作用。因此，具備抵抗細菌粘附功能的材料，可有效避免細菌產(chǎn)生的感染問題。乙二醇類化 合物對材料表面修飾被認為是抵抗細菌粘附最有效的方法。但是這種修飾方法不能提供成 骨細胞在材料表面的固定和生長。
[0004] 分子印跡的概念由Southern在1975年首先提出，近年來分子印跡技術(shù)發(fā)展極為 迅速。當模板分子（印跡分子）與聚合物單體接觸時會形成多重作用點，通過聚合過程這 種作用就會被記憶下來，當模板分子除去后，聚合物中就形成了與模板分子空間構(gòu)型相匹 配的具有多重作用點的空穴，這樣的空穴將對模板分子及其類似物具有選擇識別特性。
[0005] 因此，開發(fā)一種新的醫(yī)用鈦金屬材料及其制備方法，在引入乙二醇類化合物提高 材料抗細菌粘附能力的同時，利用分子印跡的技術(shù)在鈦金屬材料表面引入與成骨細胞相匹 配的作用點提高材料促成骨細胞功能非常重要。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于針對一般生物醫(yī)用材料的不足，提供一種醫(yī)用鈦金屬材料及其 制備方法，通過在鈦金屬表面先引入3_(甲基丙烯酰氧）丙基三甲氧基硅烷附著層，再引入 聚乙二醇類化合物附著層，既提高聚乙二醇類化合物在鈦金屬表面的附著能力，防止脫落， 又利用聚乙二醇類化合物提高鈦金屬抗細菌粘附能力，避免細菌在鈦金屬表面粘附繁殖。
[0007] 本發(fā)明的另一個目的是，在引入聚乙二醇類化合物附著層的過程中利用分子印跡 方法，使鈦金屬材料具有對成骨細胞分子有效識別的功能，有利于成骨細胞在該材料表面 固定生長。
[0008] 本發(fā)明提供的技術(shù)方案是：
[0009] -種醫(yī)用鈦金屬材料，其具有抗細菌粘附和促成骨細胞生長功能，其中，所述包 括：
[0010] 醫(yī)用欽金屬基體；
[0011] 第一附著層，其為3-(甲基丙烯酰氧）丙基三甲氧基硅烷附著層，其附著在所述基 體的表面，通過共價鍵與所述基體相連；
[0012] 第二附著層，其為聚乙二醇類化合物附著層，其附著在所述第一附著層的表面，通 過化學鍵與第一附著層相連；
[0013] 其中，所述第二附著層中還具有與成骨細胞空間構(gòu)型相匹配的空穴。
[0014] 優(yōu)選的是，所述的醫(yī)用鈦金屬材料中，所述聚乙二醇類化合物由甲基丙烯酸聚乙 二醇甲基醚脂和雙甲基丙烯酸乙二醇脂在乙醇環(huán)境下發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)得到。
[0015] 優(yōu)選的是，所述的醫(yī)用鈦金屬材料中，所述甲基丙烯酸聚乙二醇甲基醚脂的分子 量為：900-1100,所述雙甲基丙烯酸乙二醇脂的分子量為：200-300。
[0016] 優(yōu)選的是，所述的醫(yī)用鈦金屬材料中，所述空穴是使用分子印跡方法，在所述甲基 丙烯酸聚乙二醇甲基醚脂和雙甲基丙烯酸乙二醇脂發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)的過程中引入成骨細胞， 然后再使用膠原酶去除成骨細胞得到的。
[0017] 一種醫(yī)用鈦金屬材料的制備方法，其中，所述包括以下步驟：
[0018] 步驟一、預處理：將基體鈦金屬用丙酮、乙醇和蒸餾水依次超聲30分鐘，80°C真空 干燥，然后將鈦片浸泡于體積分數(shù)為5 %的3-(甲基丙烯酰氧）丙基三甲氧基硅烷的乙醇溶 液中，浸泡1小時，蒸餾水洗凈，干燥，得到處理過的鈦片；
[0019] 步驟二、分子印跡方法結(jié)合表面引發(fā)原子轉(zhuǎn)移自由基聚合法進行表面改性：將甲 基丙烯酸聚乙二醇甲基醚酯、雙甲基丙烯酸乙二醇酯加入水和乙醇中，攪拌均勻，加入成骨 細胞，攪拌均勻；加入面積為IXlcm 2鈦片，加入CuBr和α-溴代苯乙酸甲酯，通氮氣保護 下KKTC反應(yīng)30分鐘；
[0020] 步驟三、后處理：反應(yīng)結(jié)束后，取出鈦片，蒸餾水洗凈后放入裝有1% I型膠原酶 2ml的瓶中，消化30秒；取出鈦片，蒸餾水洗凈后超聲10分鐘，取出于80°C真空干燥，得到 本發(fā)明的產(chǎn)品。
[0021] 優(yōu)選的是，所述的醫(yī)用鈦的制備方法中，所述甲基丙烯酸聚乙二醇甲基醚酯的用 量為70-90mmol，所述甲基丙烯酸乙二醇酯用量為20-40mmol，所述水的用量為40-60ml，所 述乙醇用量為10_20ml。
[0022] 優(yōu)選的是，所述的醫(yī)用鈦的制備方法中，所述成骨細胞的密度為2X104/ml，用量 為 0· 5_2ml。
[0023] 優(yōu)選的是，所述的醫(yī)用鈦的制備方法中，所述CuBr和a-溴代苯乙酸甲酯的用量 分別為 〇· 05-0. Imol 和 0· 01-0. 05mol。
[0024] 本發(fā)明具有以下有益效果：首先，本發(fā)明在鈦金屬表面先引入3_(甲基丙烯酰氧） 丙基三甲氧基硅烷附著層，再引入聚乙二醇類化合物附著層，既提高了聚乙二醇類化合物 在鈦金屬表面的附著能力，防止脫落，又利用聚乙二醇類化合物提高了鈦金屬抗細菌粘附 能力，避免細菌在鈦金屬表面粘附繁殖。
[0025] 其次，本發(fā)明在引入聚乙二醇類化合物附著層的過程中利用分子印跡方法，先將 成骨細胞引入聚乙二醇類化合物附著層中，再利用膠原酶將成骨細胞去除，使聚乙二醇類 化合物附著層形成與成骨細胞空間構(gòu)型相匹配的空穴，使鈦金屬材料具有對成骨細胞分子 有效識別的功能。利用該方法制備的材料在作為植入體植入體內(nèi)后，有利于成骨細胞在該 材料表面固定生長。
[0026] 再次，本發(fā)明先用去離子水和丙酮對鈦金屬基體表面進行超聲清洗，減少鈦金屬 表面氧化膜對附著層的影響，增大附著層和鈦金屬表面的接觸面積，提高附著層和鈦金屬 基體的結(jié)合力。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0027] 圖1為本發(fā)明所述鈦金屬材料與傳統(tǒng)鈦片對成骨細胞增殖活性影響的比較結(jié)果 對照圖。

【具體實施方式】
[0028] 下面結(jié)合實施例對本發(fā)明做詳細說明，以令本領(lǐng)域普通技術(shù)人員參閱本說明書后 能夠據(jù)以實施。
[0029] 如圖1、表1和表2所示，
[0030] 一種醫(yī)用鈦金屬材料，其具有抗細菌粘附和促成骨細胞生長功能，其中，所述包 括：
[0031] 醫(yī)用鈦金屬基體，先對其表面進行去除氧化膜和去油處理后得到備用的鈦金屬基 體；
[0032] 第一附著層，其為3_(甲基丙烯酰氧）丙基三甲氧基硅烷附著層，其附著在所述基 體的表面，通過共價鍵與所述基體相連，偶聯(lián)劑3_(甲基丙烯酰氧）丙基三甲氧基硅烷與鈦 金屬基體表面形成化學鍵，而所述偶聯(lián)劑端基為雙鍵，在自由基聚合時雙鍵打開跟下一步 的聚乙二醇類化合物反應(yīng)；
[0033] 第二附著層，其為聚乙二醇類化合物附著層，其附著在所述第一附著層的表面，通 過化學鍵與第一附著層相連；
[0034] 其中，所述第二附著層中還具有與成骨細胞空間構(gòu)型相匹配的空穴。
[0035] 所述的醫(yī)用鈦金屬材料中，所述聚乙二醇類化合物由甲基丙烯酸聚乙二醇甲基醚 脂和雙甲基丙烯酸乙二醇脂在乙醇環(huán)境下發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)得到，在這里交聯(lián)劑為雙甲基丙烯 酸乙二醇脂。
[0036] 所述的醫(yī)用鈦金屬材料中，所述甲基丙烯酸聚乙二醇甲基醚脂的分子量為： 900-1100,所述雙甲基丙烯酸乙二醇脂的分子量為：200-300。
[0037] 所述的醫(yī)用鈦金屬材料中，所述空穴是使用分子印跡方法，在所述甲基丙烯酸聚 乙二醇甲基醚脂和雙甲基丙烯酸乙二醇脂發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)的過程中引入成骨細胞，然后再使 用膠原酶去除成骨細胞得到的，所述醚脂和醇脂交聯(lián)反應(yīng)后形成一種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的較穩(wěn)定的 聚乙二醇類化合物分子，在反應(yīng)的過程中引入成骨細胞，待反應(yīng)完畢后將成骨細胞去除，即 可在聚乙二醇類化合物的結(jié)構(gòu)中留下能與成骨細胞空間構(gòu)型相匹配的空穴。
[0038] -種醫(yī)用鈦金屬材料的制備方法，其中，所述包括以下步驟：
[0039] 步驟一、預處理：將基體鈦金屬用丙酮、乙醇和蒸餾水依次超聲30分鐘，去除基體 表面的油膜和氧化膜，丙酮和乙醇都能去除基體表面的油膜和氧化膜，蒸餾水為去離子蒸 餾水，其作為清洗基體表面化學藥劑的清洗劑，接著80°C真空干燥，然后將鈦片浸泡于體積 分數(shù)為5%的3_(甲基丙烯酰氧）丙基三甲氧基硅烷的乙醇溶液中，浸泡1小時，蒸餾水洗 凈，干燥，得到處理過的鈦片；
[0040] 步驟二、分子印跡方法結(jié)合表面引發(fā)原子轉(zhuǎn)移自由基聚合法進行表面改性：將甲 基丙烯酸聚乙二醇甲基醚酯、雙甲基丙烯酸乙二醇酯加入水和乙醇中，攪拌均勻，加入成骨 細胞，攪拌均勻；加入面積為IX Icm2鈦片，加入CuBr和α-溴代苯乙酸甲酯，通氮氣保護 下KKTC反應(yīng)30分鐘，在這里選用分子量為1000的甲基丙烯酸聚乙二醇甲基醚酯；
[0041] 步驟三、后處理：反應(yīng)結(jié)束后，取出鈦片，蒸餾水洗凈后放入裝有1% I型膠原酶 2ml的瓶中，消化30秒；取出鈦片，蒸餾水洗凈后超聲10分鐘，取出于80°C真空干燥，得到 本發(fā)明的產(chǎn)品。
[0042] 所述的醫(yī)用鈦的制備方法中，所述甲基丙烯酸聚乙二醇甲基醚酯的用量為 70-90mmol，所述甲基丙烯酸乙二醇酯用量為20-40mmol，所述水的用量為40-60ml，所述乙 醇用量為10_20ml。
[0043] 所述的醫(yī)用鈦的制備方法中，所述成骨細胞的密度為2X104/ml，用量為0. 5-2ml。
[0044] 所述的醫(yī)用鈦的制備方法中，所述CuBr和a-溴代苯乙酸甲酯的用量分別為 0·05-0. Imol 和 0· 01-0. 05mol。
[0045] 實施例1
[0046] 一、產(chǎn)品制備
[0047] 將基體鈦金屬用丙酮、乙醇和蒸餾水依次超聲30分鐘，80°C真空干燥，然后將鈦 片浸泡于體積分數(shù)為5 %的3-(甲基丙烯酰氧）丙基三甲氧基硅烷的乙醇溶液中，浸泡1 小時，蒸餾水洗凈，干燥，得到處理過的鈦金屬基體。將SOmmol分子量為1000的甲基丙 烯酸聚乙二醇甲基醚酯、30mmol雙甲基丙烯酸乙二醇酯加入50ml水和15ml乙醇中，攪拌 均勻，加入ImL密度為2 X 104/ml的成骨細胞，攪拌均勻。加入面積為IX Icm2鈦片，加入 0· 05molCuBr，0. Olmol a -溴代苯乙酸甲酯，通氮氣保護下l〇〇°C反應(yīng)30分鐘。反應(yīng)結(jié)束后， 取出鈦片，蒸餾水洗凈后放入裝有1% I型膠原酶2ml的瓶中，消化30秒。取出鈦片，蒸餾 水洗凈后超聲10分鐘，取出于80°C真空干燥，得到本發(fā)明的產(chǎn)品。
[0048] 二、抗細菌粘附性能實驗
[0049] 實驗過程：每個試樣表面接種Iml濃度為IO5的菌液在37°C培養(yǎng)Id后，試樣用PBS 輕輕漂洗3次以去除未粘附的細菌，然后試樣上粘附的細菌用超聲振蕩（40W)5min洗脫到 Iml蒸餾水中，洗脫液用來檢測試樣表面粘附細菌中的活菌數(shù)。用倍比稀釋和涂布培養(yǎng)法檢 測活菌數(shù)。
[0050] 實驗結(jié)果：
[0051] 表1本發(fā)明產(chǎn)物對各細菌的抗粘附率

【權(quán)利要求】
1. 一種醫(yī)用鈦金屬材料，其具有抗細菌粘附和促成骨細胞生長功能，其特征在于，所述 包括： 醫(yī)用鈦金屬基體； 第一附著層，其為3-(甲基丙烯酰氧）丙基三甲氧基硅烷附著層，其附著在所述基體的 表面，通過共價鍵與所述基體相連； 第二附著層，其為聚乙二醇類化合物附著層，其附著在所述第一附著層的表面，通過化 學鍵與第一附著層相連； 其中，所述第二附著層中還具有與成骨細胞空間構(gòu)型相匹配的空穴。
2. 如權(quán)利要求1所述的醫(yī)用鈦金屬材料，其特征在于，所述聚乙二醇類化合物由甲基 丙烯酸聚乙二醇甲基醚脂和雙甲基丙烯酸乙二醇脂在乙醇環(huán)境下發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)得到。
3. 如權(quán)利要求2所述的醫(yī)用鈦金屬材料，其特征在于，所述甲基丙烯酸聚乙二醇甲基 醚脂的分子量為：900_1100,所述雙甲基丙烯酸乙二醇脂的分子量為：200_300。
4. 如權(quán)利要求1或2所述的醫(yī)用鈦金屬材料，其特征在于，所述空穴是使用分子印跡方 法，在所述甲基丙烯酸聚乙二醇甲基醚脂和雙甲基丙烯酸乙二醇脂發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)的過程中 引入成骨細胞，然后再使用膠原酶去除成骨細胞得到的。
5. -種如權(quán)利要求1所述的醫(yī)用鈦金屬材料的制備方法，其特征在于，所述包括以下 步驟： 步驟一、預處理：將基體鈦金屬用丙酮、乙醇和蒸餾水依次超聲30分鐘，80°C真空干 燥，然后將鈦片浸泡于體積分數(shù)為5 %的3-(甲基丙烯酰氧）丙基三甲氧基硅烷的乙醇溶液 中，浸泡1小時，蒸餾水洗凈，干燥，得到處理過的鈦片； 步驟二、分子印跡方法結(jié)合表面引發(fā)原子轉(zhuǎn)移自由基聚合法進行表面改性：將甲基丙 烯酸聚乙二醇甲基醚酯、雙甲基丙烯酸乙二醇酯加入水和乙醇中，攪拌均勻，加入成骨細 胞，攪拌均勻；加入面積為lXlcm2鈦片，加入CuBr和α-溴代苯乙酸甲酯，通氮氣保護下 l〇〇°C反應(yīng)30分鐘； 步驟三、后處理：反應(yīng)結(jié)束后，取出鈦片，蒸餾水洗凈后放入裝有1% I型膠原酶2ml的 瓶中，消化30秒；取出鈦片，蒸餾水洗凈后超聲10分鐘，取出于80°C真空干燥，得到本發(fā)明 的產(chǎn)品。
6. 如權(quán)利要求4所述的醫(yī)用鈦的制備方法，其特征在于，所述甲基丙烯酸聚乙二醇甲 基醚酯的用量為70-90mmol，所述甲基丙烯酸乙二醇酯用量為20-40mmol，所述水的用量為 40-60ml，所述乙醇用量為10-20ml。
7. 如權(quán)利要求4所述的醫(yī)用鈦的制備方法，其特征在于，所述成骨細胞的密度為 2 X 104/ml，用量為 0· 5-2ml。
8. 如權(quán)利要求4所述的醫(yī)用鈦的制備方法，其特征在于，所述CuBr和α-溴代苯乙酸 甲酯的用量分別為〇· 05-0. lmol和0· 01-0. 05mol。
【文檔編號】A61L27/06GK104225678SQ201410521019
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年9月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月30日
【發(fā)明者】李培源, 蘇煒, 霍麗妮, 陳睿 申請人:廣西中醫(yī)藥大學