本發(fā)明屬于復合材料的技術(shù)領(lǐng)域，涉及植入體表面改性技術(shù)，具體涉及一種醫(yī)用金屬表面導電聚吡咯/聚多巴胺納米纖維及其制備方法與應用。

背景技術(shù)：

在醫(yī)學領(lǐng)域，作為替代材料的鈦及鈦合金具有比重輕、彈性模量和抗張強度與骨接近，耐蝕性和生物相容性比較優(yōu)越。但是鈦及鈦合金等植入體是一種生物惰性金屬材料與人體組織不能產(chǎn)生直接的生物結(jié)合，因此，將植入體進行表面改性，成為當今研究的熱點。

雖然目前應用于臨床的各種植入體能夠?qū)崿F(xiàn)良好的長期骨整合，能夠滿足臨床種植修復的部分要求，但是某些種植體需要具有更快的骨整合，提高臨床修復速率，比如牙種植體。種植體表面改性是一個很好的提高骨整合特性的策略。相對于目前的改性方法，植入體表面構(gòu)建導電聚吡咯方法具有工藝簡單、能賦予植入體電活性特性等優(yōu)點。多巴胺分子的鄰苯酚羥基具有鰲合鈣離子、促進生物礦化。在電化學作用下，多巴胺能發(fā)生電化學聚合形成聚多巴胺。電化學方法在鈦表面制備聚吡咯/聚多巴胺納米纖維結(jié)構(gòu)是一種快捷無污染的改性骨植入體的方法。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點和不足，本發(fā)明的目的在于提供一種導電聚吡咯/聚多巴胺納米纖維的制備方法。本發(fā)明從結(jié)構(gòu)和功能上模擬骨組織中的膠原納米纖維，通過電化學方法復合聚多巴胺和聚吡咯，制備納米纖維。該納米纖維賦予骨植入體更好的骨整合特性。

本發(fā)明的另一目的在于提供由上述制備方法得到的導電聚吡咯/聚多巴胺納米纖維。

本發(fā)明的再一目的在于提供上述導電聚吡咯/聚多巴胺納米纖維的應用。

本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：

一種導電聚吡咯/多巴胺納米纖維的制備方法，包括如下步驟：

(1)醫(yī)用金屬表面電沉積氯摻雜的聚吡咯；

選用三電極模式，導電金屬為對電極、醫(yī)用金屬為工作電極，電解質(zhì)溶液為包含吡咯和氯離子的溶液；采用計時電流法控制電化學反應，得到沉積在醫(yī)用金屬表面的聚吡咯；

(2)醫(yī)用金屬表面導電聚吡咯/聚多巴胺納米纖維的制備

選用三電極模式，導電金屬為對電極、步驟(1)制備的沉積有聚吡咯的醫(yī)用金屬為工作電極，電解質(zhì)為包含吡咯和多巴胺的緩沖溶液；采用計時電位法控制電化學反應，在醫(yī)用金屬表面得到導電聚吡咯/聚多巴胺納米纖維。

為了更好地實施本發(fā)明，步驟(1)所述氯離子的源為氯化氫、氯化鉀或氯化鈉；優(yōu)選為氯化氫。

步驟(1)和(2)中所述的導電金屬為鉑電極或銅電極，優(yōu)選為銅電極。

步驟(1)中所述氯離子的濃度為0.1～0.3mol/L，吡咯的濃度為0.1～0.3mol/L。

步驟(1)中所述電化學反應時間為10～50秒，電化學反應電壓為0.7～1.0V。

步驟(2)中所述吡咯的濃度為0.1～0.3mol/L，多巴胺的濃度為0.05～0.15mol/L。

步驟(2)中所述電化學反應時間為20～50分鐘，電化學反應電流密度為0.6～2.0mA/cm²。

步驟(2)中吡咯的濃度優(yōu)選為0.2mol/L，多巴胺的濃度優(yōu)選為0.1mol/L，反應時間優(yōu)選為40分鐘，電流密度優(yōu)選為1.5mA/cm²。

步驟(2)中所述的緩沖溶液為磷酸鹽緩沖溶液。

所述醫(yī)用金屬優(yōu)選為鈦或鈦合金。

所述導電聚吡咯/多巴胺納米纖維由上述方法制備得到。

所述導電聚吡咯/多巴胺納米纖維的應用。所述導電聚吡咯/多巴胺納米纖維用于改性醫(yī)用金屬材料表面，提高其生物活性，促進生物礦化沉積、細胞粘附和鋪展，從而提高其骨整合能力。所述醫(yī)用金屬材料為骨植入體金屬材料。

所述導電聚吡咯/多巴胺納米纖維用于改性骨植入體表面。

本發(fā)明的目的是在醫(yī)用金屬表面(鈦表面)構(gòu)建導電聚吡咯/聚多巴胺納米纖維，提高植入體的骨整合能力。

本發(fā)明具有以下突出優(yōu)點：

(1)在鈦表面采用無污染快捷可控的電化學方法構(gòu)建導導電聚吡咯/聚多巴胺納米纖維，實現(xiàn)聚吡咯和聚多巴胺的復合；本發(fā)明的方法簡單，環(huán)保，易實現(xiàn)；

(2)導電聚吡咯/聚多巴胺納米纖維結(jié)構(gòu)表面富含鄰苯酚羥基，具有促進礦化，提高細胞粘附的作用，從而提高植入體的骨整合能力。

附圖說明

圖1為實施例1制備的導電聚吡咯/聚多巴胺納米纖維的SEM圖；

圖2為實施例1制備的導電聚吡咯/聚多巴胺納米纖維礦化液浸泡后的SEM圖；

圖3為細胞在實施例1制備的導電聚吡咯/聚多巴胺納米纖維表面培養(yǎng)后的激光共聚焦圖。

具體實施方式

下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步詳細的描述，但本發(fā)明的實施方式不限于此。

實施例1

一種導電聚吡咯/多巴胺納米纖維的制備方法，包括如下步驟：

(1)選取鈦片并進行預處理：鈦片規(guī)格為10×10×1mm³，分別用去離子水、99.7％無水乙醇和99.5％丙酮超清洗鈦片各20分鐘；

(2)聚吡咯的制備：選用三電極模式，鈦片為工作電極，銅片為對電極，飽和甘汞電極為參比電極，電解質(zhì)溶液中吡咯的濃度為0.2mol/L，鹽酸的濃度為0.25mol/L；采用計時電流法控制電化學反應，反應電位(相對于參比電極)為0.8V，反應20秒之后鈦電極上沉積一層致密均勻黑色的聚吡咯，浸泡在去離子水中以除去表面沒有反應的吡咯和鹽酸，得到沉積在鈦電極上的聚吡咯；

(3)選用三電極模式，將沉積有聚吡咯的鈦電極為工作電極，銅片為對電極，飽和甘汞電極為參比電極，電解質(zhì)溶液為磷酸鹽緩沖溶液(中性)，溶液中溶解0.2mol/L的吡咯和0.1mol/L的多巴胺；采用計時電位法控制電化學反應，反應電流密度為1.5mA/cm²，反應40分鐘，納米纖維結(jié)構(gòu)的聚吡咯/聚多巴胺復合物沉積在電極表面，得到聚吡咯/聚多巴胺納米纖維。

圖1為實施例1制備的導電聚吡咯/聚多巴胺納米纖維的SEM圖；如圖1所示，結(jié)果說明在成核層表面形成了一層致密的、長徑比較大的導電聚吡咯/聚多巴胺納米纖維。

實施例2

一種導電聚吡咯/多巴胺納米纖維的制備方法，包括如下步驟：

(1)選取鈦片并進行預處理：鈦片規(guī)格為10×10×1mm³，分別用去離子水、99.7％無水乙醇和99.5％丙酮超清洗鈦片各20分鐘；

(2)聚吡咯的制備：選用三電極模式，鈦片為工作電極，銅片為對電極，飽和甘汞電極為參比電極，電解質(zhì)溶液中吡咯的濃度為0.2mol/L，鹽酸的濃度為0.25mol/L；采用計時電流法控制電化學反應，反應電位(相對于參比電極)為0.8V，反應20秒之后鈦電極上沉積一層致密均勻黑色的聚吡咯，浸泡在去離子水中以除去表面沒有反應的吡咯和鹽酸，得到沉積在鈦電極上的聚吡咯；

(3)選用三電極模式，將沉積有聚吡咯的鈦電極為工作電極，銅片為對電極，飽和甘汞電極為參比電極，電解質(zhì)溶液為磷酸鹽緩沖溶液，溶液中溶解0.2mol/L的吡咯和0.05mol/L的多巴胺；采用計時電位法控制電化學反應，反應電流密度為1.5mA/cm²，反應40分鐘之后，納米纖維結(jié)構(gòu)的聚吡咯聚多巴胺復合物沉積在電極表面，得到聚吡咯/聚多巴胺納米纖維。

實施例3

一種導電聚吡咯/多巴胺納米顆粒的制備方法，包括如下步驟：

(1)選取鈦片并進行預處理：鈦片規(guī)格為10×10×1mm³，分別用去離子水、99.7％無水乙醇和99.5％丙酮超清洗鈦片各20分鐘；

(2)選用三電極模式，鈦片為工作電極，銅片為對電極，飽和甘汞電極為參比電極，電解質(zhì)溶液中吡咯的濃度為0.2mol/L，鹽酸的濃度為0.25mol/L。采用計時電流法控制電化學反應，反應電位(相對于參比電極)為0.8V，反應20秒之后鈦電極上沉積一層致密均勻黑色的聚吡咯，浸泡在去離子水中以除去表面沒有反應的吡咯和鹽酸，得到沉積在鈦電極上的聚吡咯；

(3)選用三電極模式，將沉積有聚吡咯的鈦電極為工作電極，銅片為對電極，飽和甘汞電極為參比電極，電解質(zhì)溶液為磷酸鹽緩沖溶液，溶液中溶解0.2mol/L的吡咯和0.1mol/L的多巴胺；采用計時電位法控制電化學反應，反應電流密度為0.3mA/cm²，反應40分鐘之后，納米顆粒結(jié)構(gòu)的聚吡咯聚多巴胺復合物沉積在電極表面，得到聚吡咯/聚多巴胺納米顆粒。

實施例4

一種導電聚吡咯/多巴胺納米纖維的制備方法，包括如下步驟：

(1)選取鈦片并進行預處理：鈦片規(guī)格為10×10×1mm³，分別用去離子水、99.7％無水乙醇和99.5％丙酮超清洗鈦片各20分鐘；

(2)聚吡咯的制備：選用三電極模式，鈦片為工作電極，銅片為對電極，飽和甘汞電極為參比電極，電解質(zhì)溶液中吡咯的濃度為0.2mol/L，氯化鉀的濃度為0.2mol/L；采用計時電流法控制電化學反應，反應電位(相對于參比電極)為0.8V，反應20秒之后鈦電極上沉積一層致密均勻黑色的聚吡咯，浸泡在去離子水中以除去表面沒有反應的吡咯和鹽酸，得到沉積在鈦電極上的聚吡咯；

(3)選用三電極模式，將沉積有聚吡咯的鈦電極為工作電極，銅片為對電極，飽和甘汞電極為參比電極，電解質(zhì)溶液為磷酸鹽緩沖溶液，溶液中溶解0.2mol/L的吡咯和0.1mol/L的多巴胺；采用計時電位法控制電化學反應，反應電流密度為1.5mA/cm²，反應40分鐘之后，納米纖維結(jié)構(gòu)的聚吡咯聚多巴胺復合物沉積在電極表面，得到聚吡咯/聚多巴胺納米纖維。

實施例5

采用日本學者Kukob公布的標準配方配制倍模擬體液。將實施例1制備的納米纖維和實施例3制備的納米顆粒以及純鈦片浸泡在模擬礦化液中，并置于37℃條件下恒溫振蕩7天，同時每2天換一次液。礦化后取出樣品干燥備用。

圖2為實施例1制備的導電聚吡咯/聚多巴胺納米纖維礦化液浸泡后的SEM圖。從圖中可知，實施例1制備的納米纖維在礦化液中浸泡7天后，材料表面沉積一層致密的礦化物。該礦化物具有多孔結(jié)構(gòu)，與天然生物礦化層結(jié)構(gòu)相似。

同時，實施例3制備的納米顆粒在礦化液中浸泡7天后，材料表面的礦化物相對較少，只覆蓋了材料表面的很少部分。相反地，在純鈦片在礦化液中浸泡7天后，表面沒有沉積礦化物。結(jié)果說明，鈦植入體表面沉積導電聚吡咯/聚多巴胺納米纖維能夠促進仿生礦化物形成。

實施例6

將大鼠間充質(zhì)干細胞接種在實施例1制備的納米纖維和實施例3制備的納米顆粒以及純鈦片。大鼠間充質(zhì)干細胞密度為2.0×104cells/mL，培養(yǎng)24小時后4％多聚甲醛固定，用1∶100Actin-Tracker Green和500μL/well DAPI染色。激光共聚焦觀察材料表面軟骨細胞粘附鋪展情況。

圖3為細胞在實施例1制備的導電聚吡咯/聚多巴胺納米纖維表面培養(yǎng)后的激光共聚焦圖。如圖3所示，大鼠間充質(zhì)干細胞在實施例1制備的纖維表面培養(yǎng)24小時之后，細胞能很好的鋪展材料表面。

相反地，大鼠間充質(zhì)干細胞在實施例3制備的顆粒表面和純鈦片表面培養(yǎng)24小時之后，細胞的鋪展面積相對于導電聚吡咯/聚多巴胺納米纖維表面的小很多。這是因為納米纖維結(jié)構(gòu)表面富含鄰苯酚羥基，能夠純凈細胞的粘附和鋪展。