一步涂覆鲍鱼壳水溶性基质促成骨涂层的钛材料的制备方法

技术领域

本发明属于生物医用材料技术领域，具体涉及一种一步涂覆鲍鱼壳水溶性基质促成骨涂层的钛材料的制备方法与应用。

背景技术

钛具有独特的性能，例如：具有最高的生物相容性（与其他金属相比）、高机械性能（如低杨氏模量、高屈服强度、高拉伸强度和高伸长率）、优异的耐腐蚀性和相对较轻的重量。广泛应用于骨修复领域。然而，钛生物活性低，成骨、骨传导性能差，最终植入体和机体整合度差，甚至需要二次植入。为提高钛的生物活性，需要对钛表面进行改性，提升钛表面促成骨性能。

鲍鱼壳珍珠层由1-5wt%的有机质和95wt％文石相碳酸钙晶体组成，是一种生物相容、生物可降解和骨传导的材料。鲍鱼壳水溶性基质（WSM）多为酸性物质，主要由糖蛋白、蛋白糖和可溶性蛋白质基质组成，可调控文石碳酸钙晶体的沉积，控制碳酸钙晶体的大小、数量和结构。本发明通过将多巴胺氧化生成聚多巴胺，不仅起到黏附作用，而且与鲍鱼壳水溶性基质之间发生席夫碱反应，二者共沉积到钛表面，增强钛表面的矿化成骨能力。

发明内容

为解决现有材料的不足之处，本发明目的在于提供一种一步涂覆鲍鱼壳水溶性基质促成骨涂层的钛材料的制备方法，简单高效的在钛基材料表面原位均匀负载生物活性因子。制备出具有优异生物相容性和促成骨性能的钛基材料，其原料来源广泛，操作简便易行。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种一步涂覆鲍鱼壳水溶性基质促成骨涂层的钛基材料，其利用多巴胺在微碱环境氧化生成大分子聚多巴胺包覆鲍鱼壳水溶性基质，共沉积并黏附到经氢氧化钠腐蚀的钛表面，可以有效提升钛表面Ca/P元素沉积能力，提升钛基材料促成骨性能，应用于骨修复领域。

所述的一步涂覆鲍鱼壳水溶性基质促成骨涂层的钛基材料制备方法具体包括以下步骤：

（1）将钛片依次浸泡入超纯水、丙酮、乙醇中，超声10 min，烘干过夜，得到干净的cp-Ti。

（2）称取2 g氢氧化钠，加入10 ml纯水中，将步骤（1）得到的cp-Ti浸泡到氢氧化钠溶液中，用烘箱在60℃下加热24 h。

（3）将步骤（2）碱蚀完的钛片取出用纯水浸泡清洗三次，烘干过夜，得到TiOH。

（4）配置100ml 10mmol/L 的三（羟甲基）氨基甲烷溶液，并调节pH至8 .5，向其中加入

0.2 g盐酸多巴胺，再加入不同质量的鲍鱼壳水溶性基质，室温搅拌30min，将步骤（3）得到的TiOH浸泡其中。

（5）将步骤（4）中浸泡的钛片取出，用水冲洗三次，40℃烘干过夜，得到TiOH/PDA/WSM。

步骤（1）所述超声功率为40 kHz，过夜烘干温度为40℃。

步骤（3）中浸泡清洗时间为10 min，过夜烘干温度为40℃。

步骤（4）中的不同质量的鲍鱼壳水溶性基质用量为0.4 g-0.6 g。

本发明以纯钛为主体材料，借助盐酸多巴胺在碱性条件下自聚合生成聚多巴胺，且同时能够将鲍鱼壳水溶性基质包覆黏附到钛表面，提升钛表面的Ca/P元素沉积能力，提升钛的促成骨性能，增强其与骨组织的结合能力。

本发明涂覆鲍鱼壳水溶性基质促成骨涂层的钛相对于其他钛表面修饰方法有如下优点：

（1）碱性条件下，多巴胺可以自聚合生成聚多巴胺，将鲍鱼壳水溶性基质包覆连接到钛表面，并使其均匀分布，提高钛的生物相容性；

（2）聚多巴胺及鲍鱼壳水溶性基质可以有效调控Ca/P元素沉积，加速矿化，促使磷酸钙向羟基磷灰石转化，提升材料的促成骨性能；

（3）PDA表面含有大量的羟基和氨基等活性官能团，可为二次接枝改性提供所需的活性基团，还可以促进细胞粘附增殖及活性物质的锚定；

（4）该表面修饰方法材料来源广泛，价格低廉，制作过程简便易行。

附图说明

图1是实施例3、4所用材料反应的红外光谱图；

图2是实施例1、2、3、4所得钛片测量的表面接触角；

图3是实施例1、2、3、4所得钛片的SEM图（a、b、c、d放大2400 X，e、f、g、h放大100000X）；

图4是实施例1、2、3、4所得钛片矿化三天后的SEM图（a、b、c、d放大100000 X）；

图5是实施例1、3、4所得钛片与MC3T3细胞共培养，进行cck-8染色的结果（比例尺为100 μm）；

图6是实施例1、3、4所得钛片与MC3T3细胞共培养，进行AO/EB染色的结果（比例尺为100 μm）；

图7是实施例1、3、4所得钛片与BMSCs细胞共培养，进行茜素红染色的结果（比例尺为25 μm）；

图8是实施例1、3、4所得钛片与BMSCs细胞共培养，进行碱性磷酸酶染色的结果（比例尺为25 μm）。

具体实施方式

为了使本发明所述的内容更加便于理解，下面结合具体实施方式对本发明所述的技术方案做进一步的说明，但是本发明不仅限于此。

按专利（CN104940025A一种鲍鱼壳水溶性基质及其制备方法和应用）中的制备方法制备鲍鱼壳水溶性基质。

实施例1（纯钛）

将钛片依次浸泡入10 ml超纯水、丙酮、乙醇中，超声10 min，40℃烘干过夜，得到干净的cp-Ti。

实施例2

（1）将钛片依次浸泡入10 ml超纯水、丙酮、乙醇中，超声10 min，烘干过夜，得到干净的cp-Ti。

（2）称取2 g氢氧化钠，加入10 ml纯水中，将步骤（1）得到的cp-Ti浸泡到氢氧化钠溶液中，用烘箱加热，60℃，24 h。

（3）将步骤（2）碱蚀完的钛片取出用纯水浸泡清洗三次，烘干过夜，得到TiOH。

实施例3

（1）将钛片依次浸泡入10 ml超纯水、丙酮、乙醇中，超声10 min，烘干过夜，得到干净的cp-Ti。

（2）称取2 g氢氧化钠，加入10 ml纯水中，将步骤（1）得到的cp-Ti浸泡到氢氧化钠溶液中，用烘箱加热，60℃，24 h。

（3）将步骤（2）碱蚀完的钛片取出用纯水浸泡清洗三次，烘干过夜，得到TiOH。

（4）配置100ml10mmol/L 的三（羟甲基）氨基甲烷溶液，并调节pH至8 .5，向其中加入

0.2 g盐酸多巴胺，再加入0.4 g鲍鱼壳水溶性基质，室温搅拌30min，将步骤（3）得到的TiOH浸泡其中。

（5）将步骤（4）中浸泡的钛片取出，用水冲洗三次，40℃烘干过夜，得到TiOH/PDA/WSM-L。

实施例4

（1）将钛片依次浸泡入10 ml超纯水、丙酮、乙醇中，超声10 min，烘干过夜，得到干净的cp-Ti。

（2）称取2 g氢氧化钠，加入10 ml纯水中，将步骤（1）得到的cp-Ti浸泡到氢氧化钠溶液中，用烘箱加热，60℃，24 h。

（3）将步骤（2）碱蚀完的钛片取出用纯水浸泡清洗三次，烘干过夜，得到TiOH。

（4）配置100ml 10mmol/L 的三（羟甲基）氨基甲烷溶液，并调节pH至8 .5，向其中加入

0.2 g盐酸多巴胺，再加入0.6 g鲍鱼壳水溶性基质，室温搅拌30min，将步骤（3）得到的TiOH浸泡其中。

（5）将步骤（4）中浸泡的钛片取出，用水冲洗三次，40℃烘干过夜，得到TiOH/PDA/WSM-H。

图1是PDA、WSM及二者反应后产物红外谱图，1514 cm

由图2可知，Ti板具有疏水性，接触角最大。在Ti板上涂覆PDA/WSM后，其表面接触角明显减小，表明PDA/WSM涂层提高了Ti板的亲水性。与原始Ti板相比，亲水性PDA/WSM涂层有助于细胞粘附。

由图3可知PDA/WSM涂层在钛材料表面均匀附着，涂层中的儿茶酚结构可以通过金属原子与酚羟基之间的螯合作用与Ti表面相互作用，因此涂层在Ti表面粘附稳定。

图4是模拟体液矿化结果，由图中可知，矿化三天后，Ti与TiOH表面基本无Ca/P元素沉积，未生成羟基磷灰石。而PDA/WSM涂层有助于Ca

图5和图6是将钛材料与MC3T3细胞共培养，染色后得到的细胞增殖与细胞形态情况。PDA/WSM涂层对MC3T3细胞增殖起促进作用，且随着WSM含量增大，促进效果变强。与改性后钛材料共培养的细胞形态良好，基本无死亡细胞存在，证明改性后的钛材料具有良好的生物相容性。

图7和图8是与钛材料共培养的BMSCs细胞茜素红染色和碱性磷酸酶染色结果，由图7中表现的红色钙结节数量及图8中染为蓝色的碱性磷酸酶数量可知，与改性后钛材料共培养的BMSCs细胞相较于与Ti板共培养的BMSCs细胞矿化能力及促成骨能力增强，且随着WSM含量增大，促进效果变强，表明PDA/WSM涂层可以提高伤口附近细胞矿化能力和促成骨能力，进而增强钛材料与骨组织的结合，促进骨修复。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。