一種增強(qiáng)型自組裝單分子膜的制備及其應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種增強(qiáng)型自組裝單分子膜的制備方法，具體地，本發(fā)明涉及一種在 鈦基底上的有機(jī)磷酸或有機(jī)膦酸酯的自組裝單分子膜的制備方法，以及制備的該有機(jī)膦酸 自組裝單分子膜在生物分子固定方面的應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 以純鈦或鈦合金為代表的鈦基生物材料已被廣泛應(yīng)用于牙種植體、人工關(guān)節(jié)等外 科修復(fù)、植入類醫(yī)療器械。在使用中，通常只有鈦基生物材料的表面與體內(nèi)組織直接接觸。 例如針對(duì)鈦基人工種植牙材料，從臨床的角度，仍然需要提高材料的生物活性、縮短臨床骨 整合時(shí)間、提高材料與骨組織整合的效果和效率，所以對(duì)鈦基材料表面的改性研究，特別是 在表面固定生物活性分子和蛋白等生物分子表面修飾方法的研究近年來(lái)頗受關(guān)注。
[0003]目前種植體的表面處理方法多達(dá)幾十種，主要包括通過(guò)燒結(jié)或等離子噴涂等方法 制備多孔的表面形貌，或通過(guò)物理沉積、涂層覆蓋、等離子體接枝和化學(xué)交聯(lián)方法對(duì)材料表 面進(jìn)行改性。在這其中，帶有磷酸或膦酸酯基團(tuán)的有機(jī)分子在鈦基材料表面形成自組裝單 分子膜的方法具有諸多優(yōu)點(diǎn)。首先，組裝膜可以在成膜分子的溶液中自動(dòng)形成，制備方法簡(jiǎn) 便易行；其次，通過(guò)訂制磷酸分子末端官能團(tuán)，能夠通過(guò)化學(xué)鍵實(shí)現(xiàn)生物分子在鈦基材料表 面的固定，從而實(shí)現(xiàn)生物改性修飾；再次，二者之間的結(jié)合屬于化學(xué)鍵合，能夠克服噴涂等 方法制備的涂層與基底連接不牢固的弊端。
[0004] 但是，傳統(tǒng)的磷酸或膦酸酯基團(tuán)在鈦基材料表面形成的自組裝單分子膜雖然是通 過(guò)化學(xué)鍵連接，但膦酸基團(tuán)在水溶液及生理環(huán)境中能夠發(fā)生水解反應(yīng)，造成成膜分子的整 體脫落。如果利用該分子膜的末端官能團(tuán)在基底表面固定生物分子，同樣會(huì)造成脫附，并且 大量脫附的成膜分子可能會(huì)帶來(lái)其他與生物組織的不良反映，嚴(yán)重限制了此類自組裝單分 子膜在生物領(lǐng)域的應(yīng)用。
[0005] 因此，有待于對(duì)自組裝單分子膜進(jìn)行更進(jìn)一步地研究。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的是為了克服傳統(tǒng)膦酸膜的水解問(wèn)題，提供了一種增強(qiáng)型自組裝單分 子膜的制備方法及采用本發(fā)明所述的方法制備的自組裝單分子膜在生物分子固定以及生 物改性修飾方面的應(yīng)用。
[0007] 本發(fā)明提供給了一種增強(qiáng)型自組裝單分子膜的制備方法，該方法包括以下步驟：
[0008] (1)將鈦基底用溶劑清洗；
[0009] (2)將經(jīng)步驟（1)清洗后的鈦基底用堿溶液處理；
[0010] (3)將經(jīng)步驟（2)處理后的鈦基底用含有鋯離子的水溶液處理；
[0011] (4)將經(jīng)步驟（3)處理后的鈦基底浸漬在含有磷酸或膦酸酯分子的有機(jī)溶液中。
[0012] 本發(fā)明還提供了由上述所述方法制備的增強(qiáng)型自組裝單分子膜。
[0013] 本發(fā)明還提供了由上述所述方法制備的增強(qiáng)型自組裝單分子膜在生物分子固定 中的應(yīng)用。
[0014] 在本發(fā)明中，將鈦基底用堿溶液處理，再用含有鋯離子的水溶液處理后，然后再將 其浸漬在含有磷酸或膦酸酯分子的有機(jī)溶液中，能夠增強(qiáng)磷酸或膦酸酯官能團(tuán)與鈦基材料 的連接，從而得到增強(qiáng)的自組裝單分子膜，克服了膦酸類自組裝單分子膜的水解問(wèn)題，且采 用本發(fā)明的方法制備的自組裝單分子膜在37°c的磷酸緩沖液（PBS)中浸泡2周后能夠保持 穩(wěn)定，以及本發(fā)明的制備方法中所用的原料經(jīng)濟(jì)易得，且該制備方法簡(jiǎn)便易行，利于推廣到 工業(yè)化生產(chǎn)中。
[0015] 本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的【具體實(shí)施方式】部分予以詳細(xì)說(shuō)明。
【附圖說(shuō)明】
[0016] 附圖是用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說(shuō)明書的一部分，與下面的具 體實(shí)施方式一起用于解釋本發(fā)明，但并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限制。在附圖中：
[0017] 圖1是本發(fā)明實(shí)施例3制備的自組裝單分子膜及其在緩沖液中浸泡2周后的P2P 區(qū)域的X射線光電子能譜；
[0018] 圖2是對(duì)比例1制備的自組裝單分子膜及其在緩沖液中浸泡2周后的P2p區(qū)域的 X射線光電子能譜；
[0019] 圖3是本發(fā)明按照應(yīng)用例1的方法利用增強(qiáng)型自組裝單分子膜在鈦基底上制備熒 光蛋白圖案樣品的熒光圖片；
[0020] 圖4是本發(fā)明應(yīng)用例1中使用400目掩模的光學(xué)顯微鏡照片。
【具體實(shí)施方式】
[0021] 以下對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解的是，此處所描述的具體 實(shí)施方式僅用于說(shuō)明和解釋本發(fā)明，并不用于限制本發(fā)明。
[0022] 本發(fā)明提供了一種增強(qiáng)型自組裝單分子膜的制備方法，該方法包括以下步驟：
[0023] (1)將鈦基底用溶劑清洗；
[0024] (2)將經(jīng)步驟（1)清洗后的鈦基底用堿溶液處理；
[0025] (3)將經(jīng)步驟（2)處理后的鈦基底用含有鋯離子的水溶液處理；
[0026] (4)將經(jīng)步驟（3)處理后的鈦基底浸漬在含有磷酸或膦酸酯分子的有機(jī)溶液中。
[0027] 根據(jù)本發(fā)明，在步驟（1)中，所述鈦基底可以為表面具有氧化鈦層的基底材料或鈦 基合金材料。在本發(fā)明，在將所述基底材料表面獲得氧化鈦層的方法沒(méi)有具體限定，可以為 本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的方法，例如，可以使用電子束蒸鍍法或熱蒸鍍法在該基底材料上 鍍上一層具有50-100nm厚度的金屬鈦，然后在空氣中放置0. 5-1小時(shí)，優(yōu)選為0. 5小時(shí)使 其表面自然氧化，得到自然氧化二氧化鈦層，即可以得到本發(fā)明使用的具有氧化鈦層的基 底材料。另外，所述鈦基合金材料可以選自鈦箔、Ti-6A1-4V和鎳鈦諾（Ti-Ni)中的一種或 多種。
[0028] 根據(jù)本發(fā)明，在步驟（1)中，所述溶劑可以為丙酮、乙醇和純水中的一種或多種； 所述清洗可以為在超聲波下清洗5-30分鐘，優(yōu)選5-15分鐘。另外，在本發(fā)明，當(dāng)所述溶劑為 丙酮、乙醇和純水中的多種時(shí)，清洗所述鈦基底時(shí)，所述溶劑的先后順序沒(méi)有具體限定。例 如，當(dāng)所述溶劑為丙酮、乙醇和純水中的任意兩種時(shí)，如所述溶劑為丙酮和乙醇時(shí)，可以先 用丙酮清洗所述鈦基底再用乙醇清洗所述鈦基底，也可以先用乙醇清洗所述鈦基底再用丙 酮清洗所述鈦基底；同理，當(dāng)所述溶劑為丙酮、乙醇和純水三種時(shí)，清洗所述溶劑沒(méi)有先后 順序，可以將丙酮、乙醇和純水以任意的順序排列進(jìn)行清洗。在本發(fā)明，優(yōu)選地，所述溶劑可 以為丙酮、乙醇和純水分別清洗所述鈦基底。
[0029] 根據(jù)本發(fā)明，在步驟（2 )中，所述堿溶液可以為含有過(guò)氧化氫和氨的水溶液，優(yōu)選 為雙氧水、氨水和去離子水的混合溶液，且所述雙氧水的濃度可以為25-35質(zhì)量％，優(yōu)選為 28-32質(zhì)量％，所述氨水的濃度可以為25-30質(zhì)量％，優(yōu)選為25-28質(zhì)量％，且所述去離子水、 所述雙氧水以及所述氨水的用量的體積比可以為150-250 :1-8 :1，優(yōu)選為180-220 :2-6 : 1，更優(yōu)選為 190-210 :3-5 :1。
[0030] 根據(jù)本發(fā)明，在步驟（2)中，所述堿溶液處理的溫度可以為50-80°C，優(yōu)選為 65-75 °C，更優(yōu)選為68-72 °C;所述堿溶液處理的時(shí)間可以為0. 5-20分鐘，優(yōu)選為1-10分鐘，