本發(fā)明涉二氧化鈦納米管的成骨和抗菌的
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及一種高聚物涂層的納米載藥裝置及其制備方法。
背景技術(shù)：
：鈦以其優(yōu)良的生物相容性和機(jī)械性能在骨科和牙種植領(lǐng)域中得以廣泛應(yīng)用，但鈦植體相關(guān)感染仍然是最嚴(yán)重的術(shù)后并發(fā)癥之一。感染高發(fā)有兩個(gè)主要原因：一是由于鈦的生物惰性使得植體骨結(jié)合界面存在一層無血管的纖維層，導(dǎo)致免疫細(xì)胞或通過全身給藥的抗生素難以到達(dá)植體表面；二是細(xì)菌容易在鈦植體表面聚集然后形成多聚糖生物膜,能抵抗宿主防御機(jī)制和系統(tǒng)性抗生素的透過。因此在鈦植體表面制備兼具高生物活性和抗菌能力的雙功能涂層具有非常重要意義。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的在于提供一種兼具成骨和抗菌的納米載藥裝置，來減少甚至避免鈦種植體相關(guān)感染和提高種植體的遠(yuǎn)期成功率。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為一種兼具成骨和抗菌的納米載藥裝置，其技術(shù)要點(diǎn)在于在純鈦表面加工有二氧化鈦納米管，通過電化學(xué)陽極氧化法制備二氧化鈦納米管,制備的二氧化鈦納米管以肖特基勢(shì)壘直接與金屬鈦導(dǎo)電基底直接相連,納米管管徑為200nm±20nm，長(zhǎng)度為3.3μm±0.2μm，二氧化鈦納米管內(nèi)部制有負(fù)載層，負(fù)載層為聚乳酸羥基乙酸和鹽酸奧替尼啶，聚乳酸羥基乙酸和鹽酸奧替尼啶層的厚度為100nm±10nm。目前臨床上運(yùn)用的鈦種植體表面都是微米粗糙度級(jí)別的。隨著納米技術(shù)的高速蓬勃發(fā)展,對(duì)金屬內(nèi)植物材料表面微觀結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)也隨之進(jìn)入了納米時(shí)代。天然骨組織是由無機(jī)磷酸鈣、有機(jī)蛋白及膠原纖維組成一種納米結(jié)構(gòu)的復(fù)合基質(zhì)，調(diào)控骨細(xì)胞生物學(xué)行為的細(xì)胞外基質(zhì)也是納米尺寸的，因此從仿生學(xué)的角度來看納米結(jié)構(gòu)的材料在骨內(nèi)植物領(lǐng)域應(yīng)該具有巨大的應(yīng)用前景。通過電化學(xué)陽極氧化法制備二氧化鈦納米管,此法成本低廉且方法簡(jiǎn)便，可以通過控制陽極氧化的電壓以及氧化時(shí)間較準(zhǔn)確地控制納米管的直徑和長(zhǎng)度，本發(fā)明制備的納米管管徑為200nm，長(zhǎng)度為3.3μm。制備的二氧化鈦納米管以肖特基勢(shì)壘直接與金屬鈦導(dǎo)電基底直接相連,這與在鈦表面進(jìn)行的外來涂層修飾有所不同，其結(jié)合牢固不易脫落,呈現(xiàn)極高的有序性和極低的團(tuán)聚程度。負(fù)載層為聚乳酸羥基乙酸和鹽酸奧替尼啶。本發(fā)明利用聚乳酸羥基乙酸來緩釋抗菌藥物鹽酸奧替尼啶，增加鈦種植體的抗菌能力和成骨活性。鈦片厚度為0.25±0.025mm。本發(fā)明的制作步驟如下：1鈦片預(yù)處理:將鈦片裁剪，確定陽極氧化的工作面積，丙酮和去離子水分別超聲清洗15-30min除油，4wt%HF(氟化氫)-5mol/LHNO3（硝酸）溶液化學(xué)刻蝕10-15s后，用去離子水清洗后干燥備用；2陽極氧化法制備過程:陽極氧化過程在水浴條件下于常規(guī)的二電極體系電化學(xué)池中進(jìn)行，以經(jīng)預(yù)處理后備用的鈦片為陽極，鉑片為對(duì)電極，電極間距保持1cm，電解質(zhì)為0.50wt%NH4F（氟化銨）+10vol%H2O（水）的甘油溶液，整個(gè)陽極氧化過程伴隨磁力攪拌，控制電解質(zhì)溶液，保持25-32℃的環(huán)境溫度，由直流穩(wěn)壓電源提供陽極氧化電源，在60±3v電壓下陽極氧化4-5h制備二氧化鈦納米管,然后450℃退火處理1.5-2.5h,去離子水沖洗干凈；3溶劑真空吸附法制作負(fù)載層：配置聚乳酸羥基乙酸和鹽酸奧替尼啶的二氯甲烷溶液，使之濃度分別為15mg/mL和0.5μg/mL，把制備的二氧化鈦納米管置于配置的溶液，密封后40℃水浴2d，得聚乳酸羥基乙酸和鹽酸奧替尼啶的負(fù)載層。運(yùn)用溶劑真空吸附法負(fù)載聚乳酸羥基乙酸和鹽酸奧替尼啶，此法成本低廉且方法簡(jiǎn)便，通過控制藥物濃度和負(fù)載時(shí)間，可精確控制藥物的負(fù)載量和制備的載藥系統(tǒng)的管徑。負(fù)載聚乳酸羥基乙酸和鹽酸奧替尼啶后二氧化鈦納米管的中空管狀結(jié)構(gòu)得以保留，其管徑從200nm減少為100nm,而且聚乳酸羥基乙酸完全滲透到二氧化鈦納米管內(nèi)部直到底壁，其長(zhǎng)度等同于納米管的長(zhǎng)度3.3μm。本發(fā)明可通過聚乳酸羥基乙酸緩釋抗菌藥物鹽酸奧替尼啶，具有良好的長(zhǎng)效抗菌性能。保留了二氧化鈦納米管的中空管狀結(jié)構(gòu)，促進(jìn)了骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞的成骨分化能力，而且也可以支持骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞的增殖，具有良好的生物相容性。附圖說明圖1在鈦表面制作的二氧化鈦納米管示意圖圖2為負(fù)載藥物后的二氧化鈦納米管其中：1鈦片2二氧化鈦納米管21負(fù)載層。具體實(shí)施方式下面結(jié)合視圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述,使本專業(yè)的技術(shù)人員更理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。如圖1、2所示，一種兼具成骨和抗菌的納米載藥裝置，通過電化學(xué)陽極氧化法制備二氧化鈦納米管2,鈦厚度為0.25±0.025mm，制備的二氧化鈦納米管以肖特基勢(shì)壘直接與金屬鈦導(dǎo)電基底直接相連,納米管管徑為200nm±20nm，長(zhǎng)度為3.3μm±0.2μm，二氧化鈦納米管內(nèi)部制有負(fù)載層21，負(fù)載層21為聚乳酸羥基乙酸和鹽酸奧替尼啶，聚乳酸羥基乙酸和鹽酸奧替尼啶層的厚度為100nm±10nm。它的制作步驟如下：鈦片預(yù)處理:將鈦片裁剪，確定陽極氧化的工作面積，丙酮和去離子水分別超聲清洗15-30min除油，4wt%HF(氟化氫)-5mol/LHNO3（硝酸）溶液化學(xué)刻蝕10-15s后，用去離子水清洗后干燥備用；陽極氧化法制備過程:陽極氧化過程在水浴條件下于常規(guī)的二電極體系電化學(xué)池中進(jìn)行，以經(jīng)預(yù)處理后備用的鈦片為陽極，鉑片為對(duì)電極，電極間距保持1cm，電解質(zhì)為0.50wt%NH4F（氟化銨）+10vol%H2O（水）的甘油溶液，整個(gè)陽極氧化過程伴隨磁力攪拌，控制電解質(zhì)溶液，保持25-32℃的環(huán)境溫度，由直流穩(wěn)壓電源提供陽極氧化電源，在60±3v電壓下陽極氧化4-5h制備二氧化鈦納米管,然后450℃退火處理1.5-2.5h,去離子水沖洗干凈；溶劑真空吸附法制作負(fù)載層：配置聚乳酸羥基乙酸和鹽酸奧替尼啶的二氯甲烷溶液，使之濃度分別為15mg/mL和0.5μg/mL，把制備的二氧化鈦納米管置于配置的溶液，密封后40℃水浴2d，得聚乳酸羥基乙酸和鹽酸奧替尼啶的負(fù)載層。實(shí)施例1（一）鈦片預(yù)處理:將0.25mm厚的鈦片1裁剪出1cm×8cm，陽極氧化的工作面積為1cm×1cm，丙酮和去離子水分別超聲清洗15min除油，4wt%HF-5mol/LHNO3溶液化學(xué)刻蝕10s后，用去離子水清洗后干燥備用。（二）陽極氧化法制備過程:陽極氧化過程在水浴條件下于常規(guī)的二電極體系電化學(xué)池中進(jìn)行，以經(jīng)預(yù)處理后備用的鈦片為陽極，鉑片為對(duì)電極，電極間距保持1cm。電解質(zhì)為0.50wt%NH4F+10vol%H2O的甘油溶液，整個(gè)陽極氧化過程伴隨磁力攪拌，控制電解質(zhì)溶液保持環(huán)境溫度(30℃)，由直流穩(wěn)壓電源提供陽極氧化電源。在60v電壓下陽極氧化5h制備二氧化鈦納米管,然后450℃退火處理2h,去離子水沖洗干凈。實(shí)施例2（一）鈦片預(yù)處理:將0.25mm厚的鈦片1裁剪出1cm×8cm，陽極氧化的工作面積為1cm×1cm，丙酮和去離子水分別超聲清洗15min除油，4wt%HF-5mol/LHNO3溶液化學(xué)刻蝕10s后，用去離子水清洗后干燥備用。（二）陽極氧化法制備過程:陽極氧化過程在水浴條件下于常規(guī)的二電極體系電化學(xué)池中進(jìn)行，以經(jīng)預(yù)處理后備用的鈦片為陽極，鉑片為對(duì)電極，電極間距保持1cm。電解質(zhì)為0.50wt%NH4F+10vol%H2O的甘油溶液，整個(gè)陽極氧化過程伴隨磁力攪拌，控制電解質(zhì)溶液，保持環(huán)境溫度(30℃左右)，由直流穩(wěn)壓電源提供陽極氧化電源。在60v電壓下陽極氧化5h制備二氧化鈦納米管,納米管管徑為200nm±20nm，長(zhǎng)度為3.3μm±0.2μm，然后450℃退火處理2h,去離子水沖洗干凈。(三)溶劑真空吸附法制作負(fù)載層：配置聚乳酸羥基乙酸和鹽酸奧替尼啶的二氯甲烷溶液，使之濃度分別為15mg/mL和0.5μg/mL，把制備的二氧化鈦納米管置于配置的溶液，密封后40℃水浴2d，得聚乳酸羥基乙酸和鹽酸奧替尼啶的負(fù)載層21。聚乳酸羥基乙酸和鹽酸奧替尼啶層的厚度為100nm±10nm。制得本發(fā)明所述的兼具成骨和抗菌的納米載藥裝置。本發(fā)明的有益效果實(shí)驗(yàn)中對(duì)照組為預(yù)處理的純鈦1）采用CCK-8實(shí)驗(yàn)，通過溶液在OD450的吸光度值反映細(xì)胞在材料表面的增殖情況骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞在材料表面不同時(shí)間點(diǎn)的增殖結(jié)果（OD450吸光度值）分組1D3D7D純鈦0.179±0.0420.791±0.1421.070±0.132本發(fā)明實(shí)施例10.039±0.0250.325±0.0790.456±0.061本發(fā)明實(shí)施例20.097±0.0230.787±0.1341.037±0.066實(shí)驗(yàn)結(jié)果表面，同對(duì)照組純鈦相比，本發(fā)明實(shí)施例1明顯抑制了骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞的增殖,本發(fā)明實(shí)施例2可以支持骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞的增殖。2）采用qRT-PCR對(duì)骨髓見充值干細(xì)胞的成骨相關(guān)基因Runx2、ALP、OCN和Col-1的表達(dá)水平用進(jìn)行了檢測(cè)（純鈦?zhàn)鳛閷?duì)照組）。兩組實(shí)驗(yàn)組樣本表面細(xì)胞成骨相關(guān)基因的表達(dá)水平分組Runx2ALPOCNCol-1實(shí)施例13.058±0.2782.918±0.1683.372±0.2838.050±1.137實(shí)施例22.024±0.2082.067±0.1402.605±0.1771.729±0.242結(jié)果表明以純鈦?zhàn)鳛閷?duì)照組，本發(fā)明實(shí)施例1和實(shí)施例2均明顯促進(jìn)了骨髓見充值干細(xì)胞的成骨相關(guān)基因的表達(dá)，兩者均具有良好的成骨活性。3）為了檢測(cè)樣本的抗菌性能，我們?cè)隗w外把樣本同金黃色葡萄球菌共培養(yǎng)，然后應(yīng)用超聲震蕩將粘附在材料表面的細(xì)菌洗脫下來稀釋后進(jìn)行活細(xì)菌平板計(jì)數(shù)后計(jì)算抗菌率，即抗菌率（%）=（對(duì)照組活菌數(shù)-實(shí)驗(yàn)組活菌數(shù)）/對(duì)照組活菌數(shù)×100%。兩組實(shí)驗(yàn)組樣本不同時(shí)間點(diǎn)的抗菌率組別1D3D7D本發(fā)明實(shí)施例121.2%19.6%18.5%本發(fā)明實(shí)施例2100%100%97.2%結(jié)果表明以純鈦?zhàn)鳛閷?duì)照組，本發(fā)明實(shí)施例2在1d和3d時(shí)其抗菌率均為100%，盡管7d的時(shí)候抗菌略有下降，但然維持有97.2%的抗菌率。盡管發(fā)明實(shí)施例1展示出了一定的抗菌率，但僅為20%左右。綜上可知，實(shí)施例1是單純的納米管，管徑為200，雖然可以最大程度上促進(jìn)骨髓干細(xì)胞成骨，但其明顯抑制了骨髓干細(xì)胞的增殖；實(shí)施例2是涂層聚乳酸羥基乙酸和鹽酸奧替尼啶的納米管，管徑變?yōu)?00nm,其可以在支持細(xì)胞增殖的情況下促進(jìn)了成骨，而且展示出來了明顯的抗菌效果。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，各個(gè)具體參數(shù)在不改變本發(fā)明宗旨的情況下可進(jìn)行多種選擇，對(duì)于本
技術(shù)領(lǐng)域：
的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明的實(shí)質(zhì)范圍內(nèi)所做出的改進(jìn)、替換和潤(rùn)飾，也應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。當(dāng)前第1頁1 2 3