专利名称：电化学法对医用金属移植体表面胶原改性的方法
技术领域：
本发明涉及一种用作硬组织修复或替代的一种电化学法对医用金属移植体 表面胶原改性的方法。
技术背景医用金属材料，如钛及其合金、钴铬钼合金和医用不锈钢等由于具有良好 的生物相容性和优良的力学性能，已被广泛的应用于临床治疗骨科、牙科等应组织创伤或疾病。如中国专利CN1064610采用等离子喷涂工艺在齿科金属表面 制备羟基磷灰石涂层，中国专利CN1316274采用电解沉积法制备羟基磷灰石涂 层等。但是单纯的羟基磷灰石涂层生物活性有限，这使得植入体在体内与骨组 织结合缓慢，治愈期长，效果不佳。利用电化学反应可在金属基体周围的电解 质溶液产生pH梯度，为胶原分子自组装提供反应动力和微环境，获得胶原改性 的表面，是增强医用移植体材料生物活性，加快早期治愈速度的理想方法。 发明内容本发明的目的在于提供一种采用电化学方法对医用金属移植体表面胶原改 性的方法，以提高医用金属表面生物活性，优化其临床应用效能，縮短治愈时间。用电化学法对医用金属移植体表面胶原改性的方法，包括以下步骤1) 将胶原加入pH值为1~4的酸性溶液中，搅拌溶解，配制胶原浓度为0.05 g/L 5.0g/L的A溶液并置于4'C下；2) 向A溶液中加入可溶性盐，形成B溶液，使B溶液中可溶性盐的浓度 为0.05 M~0.3 M;3) 调节B溶液的pH值为3.5 5.0，作为电解质溶液；4) 在电化学沉积装置中，将医用金属移植体用作阴极，铂为阳极，饱和甘 汞电极或氯化银电极为参比电极浸入上述电解质溶液，电解质溶液温度为18°C 50°C，阴极与阳极间工作距离为lcm 20cm;5) 采用恒电流或恒电压模式在医用移植体表面电沉积，恒电流模式的电流 大小为0.5 mA 100mA，恒电压模式的电压为1 V~30 V，沉积时间为0.25 h~24 h， 反应结束后取出医用金属移植体清洗，干燥后获得表面胶原改性的医用金属移 植体。本发明中，所说的酸性溶液可以为盐酸或醋酸溶液。所说的可溶性盐可以
是氯化钠、硝酸钠、氯化钾或硝酸钾。所说的医用金属移植体可以是钛、钛合 金、钴铬钼合金、钴铬合金、医用不锈钢或具有涂层的医用金属移植体。所说 的涂层可以是羟基磷灰石涂层、含氟羟基磷灰石涂层或二氧化钛涂层。本发明采用电化学的方法，在酸性的溶解有胶原蛋白的电解质溶液中，通 过电极反应可使医用金属材料周围局部溶液pH值升高，而不影响电解质溶液整体酸性。医用金属材料周围溶液pH值升高使得溶解的胶原凝胶化，即胶原分子 自组装成为胶原纤维。本发明通过电极反应形成的局部pH值变化有利于胶原纤维附着于医用金属材料表面，形成胶原纤维层。胶原纤维是细胞外基质的主要 成分，本发明对医用金属的表面胶原改性提高了医用金属表面生物活性，有利 于细胞的粘附以及组织修复和生长。本发明提供的医用金属材料表面胶原改性 方法简单易行，高效，易于产业化。
附图是本发明采用电化学法对钛合金生物材料表面胶原改性的的SEM照片。
具体实施方式
以下结合实施例进一步说明本发明。 实施例1将胶原加入盐酸溶液中，盐酸溶液pH值为l，搅拌溶解，配制胶原浓度为 5.0 g/L的A溶液并置于4。C。向A溶液中加入氯化钠，形成B溶液，使B溶 液中氯化钠浓度为0.3 M。用氨水溶液调节B溶液的pH值为3.5，作为电解质 溶液。在电化学沉积装置中，以医用钛合金移植体为阴极，铂为阳极，饱和甘 汞电极为参比电极浸入电解质溶液，电解质溶液温度为1S。C，阴极与阳极间工 作距离为2 cm。采用恒电流模式在医用移植体表面电沉积，电流大小为0.5 mA， 沉积时间为lh。反应结束后取出医用钛合金移植体清洗，干燥后获得表面胶原 改，的医用钛合金移植体。见附图，在钛合金生物材料表面附着胶原纤维层。将胶原加入醋酸溶液中，醋酸溶液pH值为2，搅拌溶解，配制胶原浓度为 1 g/L的A溶液并置于4t:。向A溶液中加入硝酸钠，形成B溶液，使B溶液 中硝酸钠浓度为0.05 M。用氢氧化钠溶液调节B溶液的pH值为4，作为电解质 溶液。在电化学沉积装置中，以医用不锈钢移植体为阴极，铂为阳极，氯化银 电极为参比电极浸入电解质溶液，电解质溶液温度为18°C，阴极与阳极间工作 距离为20cm。采用恒电压模式在医用移植体表面电沉积，电压大小为30V，
沉积时间为24 h。反应结束后取出医用不锈钢清洗，干燥后获得表面胶原改性的医用不锈钢移植体。实施例3将胶原加入盐酸溶液中，盐酸溶液pH值为4，搅拌溶解，配制胶原浓度为 0.3 g/L的A溶液并置于4t:。向A溶液中加入氯化钾，形成B溶液，使B溶 液屮氯化钾浓度为0.1M。用Tris缓冲溶液调节B溶液的pH值为5，作为电解 质溶液。在电化学沉积装置中，以医用钴络钼合金移植体为阴极，铂为阳极， 氯化银电极为参比电极浸入电解质溶液，电解质溶液温度为5(TC，阴极与阳极 间工作距离为1 cm。采用恒电压模式在医用移植体表面电沉积，电压大小为3 V， 沉积时间为2h。反应结束后取出医用钴络钼合金移植体清洗，干燥后获得表面 胶原改性的医用钻铬钼合金移植体。 实施例4将胶原加入醋酸溶液中，醋酸溶液pH值为2，搅拌溶解，配制胶原浓度为 0.5 g/L的A溶液并置于4。C。向A溶液中加入硝酸钾，形成B溶液，使B溶 液中硝酸钾浓度为0.2 M。用氢氧化钾溶液调节B溶液的pH值为4.5，作为电 解质溶液。在电化学沉积装置中，以医用具有含氟羟基磷灰石涂层金属移植体 为阴极，铂为阳极，饱和甘汞电极为参比电极浸入电解质溶液，电解质溶液温 度为40'C，阴极与阳极间工作距离为2.5 cm。采用恒电流模式在医用移植体表 面电沉积，电流大小为10mA，沉积时间为4h。反应结束后取出医用移植体清 洗，干燥后获得表面胶原改性的医用金属移植体。
权利要求
1.电化学法对医用金属移植体表面胶原改性的方法，其特征是包括以下步骤1)将胶原加入pH值为1～4的酸性溶液中，搅拌溶解，配制胶原浓度为0.05g/L～5.0g/L的A溶液并置于4℃下；2)向A溶液中加入可溶性盐，形成B溶液，使B溶液中可溶性盐的浓度为0.05M～0.3M；3)调节B溶液的pH值为3.5～5.0，作为电解质溶液；4)在电化学沉积装置中，将医用金属移植体用作阴极，铂为阳极，饱和甘汞电极或氯化银电极为参比电极浸入上述电解质溶液，电解质溶液温度为18℃～50℃，阴极与阳极间工作距离为1cm～20cm；5)采用恒电流或恒电压模式在医用移植体表面电沉积，恒电流模式的电流大小为0.5mA～100mA，恒电压模式的电压为1V～30V，沉积时间为0.25h～24h，反应结束后取出医用金属移植体清洗，干燥后获得表面胶原改性的医用金属移植体。
2. 根据权利要求1所述的电化学法对医用金属移植体表面胶原改性的方 法，其特征是所说的酸性溶液为盐酸或醋酸溶液。
3. 根据权利要求1所述的电化学法对医用金属移植体表面胶原改性的方 法，其特征是所说的可溶性盐为氯化钠、硝酸钠、氯化钾或硝酸钾。
4. 根据权利要求1所述的电化学法对医用金属移植体表面胶原改性的方 法，其特征是所说的医用金属移植体为钛、钛合金、钴铬钼合金、钴铬合金、 医用不锈钢或具有生物活性涂层的医用金属移植体。
5. 根据权利要求4所述的电化学法对医用金属移植体表面胶原改性的方 法，其特征是所说的生物活性涂层为羟基磷灰石涂层、含氟羟基磷灰石涂层或 二氧化钛涂层。
全文摘要
本发明公开了采用电化学法对医用金属移植体表面胶原改性的方法。该方法以医用金属移植体为工作电极，铂为参考电极，在溶解有胶原分子的电解质溶液中，通过电极反应使胶原分子自组装成为胶原纤维，并附着在医用金属移植体表面形成胶原纤维层。胶原作为细胞外基质的主要成分，能有效提高医用金属表面的生物相容性和生物活性。采用本发明方法获得的胶原改性医用金属移植体解决了商业医用金属生物移植体表面生物活性有限，不利于组织修复，所需治愈时间长等缺点。本发明制备工艺简单、高效、易于产业化。
文档编号A61L27/34GK101161295SQ20071015655
公开日2008年4月16日 申请日期2007年11月8日 优先权日2007年11月8日
发明者宋晨路, 张溪文, 刚 徐, 杜丕一, 汪建勋, 鸽 沈, 逵 程, 翁文剑, 苗顺东, 赵高凌, 韩高荣 申请人:浙江大学