一种医用钛金属材料及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种医用钛金属材料及其制备方法，其具有具有抗细菌粘附和促成骨细胞生长功能，其包括：医用钛金属基体、第一附着层和第二附着层。本发明所述第一附着层为3-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷，第二附着层为聚乙二醇类化合物附着层，引入这这两个附着层既提高聚乙二醇类化合物在钛金属表面的附着能力，防止脱落，又利用聚乙二醇类化合物提高钛金属抗细菌粘附能力，避免细菌在钛金属表面粘附繁殖。本发明在引入聚乙二醇类化合物附着层的过程中利用分子印迹方法，使钛金属材料具有对成骨细胞分子有效识别的功能，有利于成骨细胞在该材料表面固定生长。
【专利说明】一种医用钛金属材料及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及生物医用材料的表面改性领域，尤其涉及一种医用钛金属材料及其制 备方法。 技术背景
[0002] 随着医疗技术发展，医用钛金属被作为牙种植体和骨种植体等种植材料广泛应用 在牙列缺损、骨头损失等疾病治疗，在挽救人的生命方面发挥了重要作用。然而该类手术的 感染率很高，可能会导致大量抗生素治疗、去除种植体甚至死亡等严重后果。种植体相关感 染高发的主要原因有两点：菌斑在种植体表面聚集和种植体骨结合界面抵抗能力低下。因 此，需要提高钛金属的抗菌性能和促进成骨细胞生长功能。
[0003] 细菌在材料表面的生长，分成三步：首先是细菌在材料表面的粘附，然后是细菌的 繁殖，最后形成稳定的生物膜。一旦细菌在材料表面形成生物膜，杀菌剂就很难对细菌发挥 作用。因此，具备抵抗细菌粘附功能的材料，可有效避免细菌产生的感染问题。乙二醇类化 合物对材料表面修饰被认为是抵抗细菌粘附最有效的方法。但是这种修饰方法不能提供成 骨细胞在材料表面的固定和生长。
[0004] 分子印迹的概念由Southern在1975年首先提出，近年来分子印迹技术发展极为 迅速。当模板分子（印迹分子）与聚合物单体接触时会形成多重作用点，通过聚合过程这 种作用就会被记忆下来，当模板分子除去后，聚合物中就形成了与模板分子空间构型相匹 配的具有多重作用点的空穴，这样的空穴将对模板分子及其类似物具有选择识别特性。
[0005] 因此，开发一种新的医用钛金属材料及其制备方法，在引入乙二醇类化合物提高 材料抗细菌粘附能力的同时，利用分子印迹的技术在钛金属材料表面引入与成骨细胞相匹 配的作用点提高材料促成骨细胞功能非常重要。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于针对一般生物医用材料的不足，提供一种医用钛金属材料及其 制备方法，通过在钛金属表面先引入3_(甲基丙烯酰氧）丙基三甲氧基硅烷附着层，再引入 聚乙二醇类化合物附着层，既提高聚乙二醇类化合物在钛金属表面的附着能力，防止脱落， 又利用聚乙二醇类化合物提高钛金属抗细菌粘附能力，避免细菌在钛金属表面粘附繁殖。
[0007] 本发明的另一个目的是，在引入聚乙二醇类化合物附着层的过程中利用分子印迹 方法，使钛金属材料具有对成骨细胞分子有效识别的功能，有利于成骨细胞在该材料表面 固定生长。
[0008] 本发明提供的技术方案是：
[0009] -种医用钛金属材料，其具有抗细菌粘附和促成骨细胞生长功能，其中，所述包 括：
[0010] 医用钦金属基体；
[0011] 第一附着层，其为3-(甲基丙烯酰氧）丙基三甲氧基硅烷附着层，其附着在所述基 体的表面，通过共价键与所述基体相连；
[0012] 第二附着层，其为聚乙二醇类化合物附着层，其附着在所述第一附着层的表面，通 过化学键与第一附着层相连；
[0013] 其中，所述第二附着层中还具有与成骨细胞空间构型相匹配的空穴。
[0014] 优选的是，所述的医用钛金属材料中，所述聚乙二醇类化合物由甲基丙烯酸聚乙 二醇甲基醚脂和双甲基丙烯酸乙二醇脂在乙醇环境下发生交联反应得到。
[0015] 优选的是，所述的医用钛金属材料中，所述甲基丙烯酸聚乙二醇甲基醚脂的分子 量为：900-1100,所述双甲基丙烯酸乙二醇脂的分子量为：200-300。
[0016] 优选的是，所述的医用钛金属材料中，所述空穴是使用分子印迹方法，在所述甲基 丙烯酸聚乙二醇甲基醚脂和双甲基丙烯酸乙二醇脂发生交联反应的过程中引入成骨细胞， 然后再使用胶原酶去除成骨细胞得到的。
[0017] 一种医用钛金属材料的制备方法，其中，所述包括以下步骤：
[0018] 步骤一、预处理：将基体钛金属用丙酮、乙醇和蒸馏水依次超声30分钟，80°C真空 干燥，然后将钛片浸泡于体积分数为5 %的3-(甲基丙烯酰氧）丙基三甲氧基硅烷的乙醇溶 液中，浸泡1小时，蒸馏水洗净，干燥，得到处理过的钛片；
[0019] 步骤二、分子印迹方法结合表面引发原子转移自由基聚合法进行表面改性：将甲 基丙烯酸聚乙二醇甲基醚酯、双甲基丙烯酸乙二醇酯加入水和乙醇中，搅拌均匀，加入成骨 细胞，搅拌均匀；加入面积为IXlcm 2钛片，加入CuBr和α-溴代苯乙酸甲酯，通氮气保护 下KKTC反应30分钟；
[0020] 步骤三、后处理：反应结束后，取出钛片，蒸馏水洗净后放入装有1% I型胶原酶 2ml的瓶中，消化30秒；取出钛片，蒸馏水洗净后超声10分钟，取出于80°C真空干燥，得到 本发明的产品。
[0021] 优选的是，所述的医用钛的制备方法中，所述甲基丙烯酸聚乙二醇甲基醚酯的用 量为70-90mmol，所述甲基丙烯酸乙二醇酯用量为20-40mmol，所述水的用量为40-60ml，所 述乙醇用量为10_20ml。
[0022] 优选的是，所述的医用钛的制备方法中，所述成骨细胞的密度为2X104/ml，用量 为 0· 5_2ml。
[0023] 优选的是，所述的医用钛的制备方法中，所述CuBr和a-溴代苯乙酸甲酯的用量 分别为 〇· 05-0. Imol 和 0· 01-0. 05mol。
[0024] 本发明具有以下有益效果：首先，本发明在钛金属表面先引入3_(甲基丙烯酰氧） 丙基三甲氧基硅烷附着层，再引入聚乙二醇类化合物附着层，既提高了聚乙二醇类化合物 在钛金属表面的附着能力，防止脱落，又利用聚乙二醇类化合物提高了钛金属抗细菌粘附 能力，避免细菌在钛金属表面粘附繁殖。
[0025] 其次，本发明在引入聚乙二醇类化合物附着层的过程中利用分子印迹方法，先将 成骨细胞引入聚乙二醇类化合物附着层中，再利用胶原酶将成骨细胞去除，使聚乙二醇类 化合物附着层形成与成骨细胞空间构型相匹配的空穴，使钛金属材料具有对成骨细胞分子 有效识别的功能。利用该方法制备的材料在作为植入体植入体内后，有利于成骨细胞在该 材料表面固定生长。
[0026] 再次，本发明先用去离子水和丙酮对钛金属基体表面进行超声清洗，减少钛金属 表面氧化膜对附着层的影响，增大附着层和钛金属表面的接触面积，提高附着层和钛金属 基体的结合力。
【专利附图】
【附图说明】
[0027] 图1为本发明所述钛金属材料与传统钛片对成骨细胞增殖活性影响的比较结果 对照图。
【具体实施方式】
[0028] 下面结合实施例对本发明做详细说明，以令本领域普通技术人员参阅本说明书后 能够据以实施。
[0029] 如图1、表1和表2所示，
[0030] 一种医用钛金属材料，其具有抗细菌粘附和促成骨细胞生长功能，其中，所述包 括：
[0031] 医用钛金属基体，先对其表面进行去除氧化膜和去油处理后得到备用的钛金属基 体；
[0032] 第一附着层，其为3_(甲基丙烯酰氧）丙基三甲氧基硅烷附着层，其附着在所述基 体的表面，通过共价键与所述基体相连，偶联剂3_(甲基丙烯酰氧）丙基三甲氧基硅烷与钛 金属基体表面形成化学键，而所述偶联剂端基为双键，在自由基聚合时双键打开跟下一步 的聚乙二醇类化合物反应；
[0033] 第二附着层，其为聚乙二醇类化合物附着层，其附着在所述第一附着层的表面，通 过化学键与第一附着层相连；
[0034] 其中，所述第二附着层中还具有与成骨细胞空间构型相匹配的空穴。
[0035] 所述的医用钛金属材料中，所述聚乙二醇类化合物由甲基丙烯酸聚乙二醇甲基醚 脂和双甲基丙烯酸乙二醇脂在乙醇环境下发生交联反应得到，在这里交联剂为双甲基丙烯 酸乙二醇脂。
[0036] 所述的医用钛金属材料中，所述甲基丙烯酸聚乙二醇甲基醚脂的分子量为： 900-1100,所述双甲基丙烯酸乙二醇脂的分子量为：200-300。
[0037] 所述的医用钛金属材料中，所述空穴是使用分子印迹方法，在所述甲基丙烯酸聚 乙二醇甲基醚脂和双甲基丙烯酸乙二醇脂发生交联反应的过程中引入成骨细胞，然后再使 用胶原酶去除成骨细胞得到的，所述醚脂和醇脂交联反应后形成一种网络结构的较稳定的 聚乙二醇类化合物分子，在反应的过程中引入成骨细胞，待反应完毕后将成骨细胞去除，即 可在聚乙二醇类化合物的结构中留下能与成骨细胞空间构型相匹配的空穴。
[0038] -种医用钛金属材料的制备方法，其中，所述包括以下步骤：
[0039] 步骤一、预处理：将基体钛金属用丙酮、乙醇和蒸馏水依次超声30分钟，去除基体 表面的油膜和氧化膜，丙酮和乙醇都能去除基体表面的油膜和氧化膜，蒸馏水为去离子蒸 馏水，其作为清洗基体表面化学药剂的清洗剂，接着80°C真空干燥，然后将钛片浸泡于体积 分数为5%的3_(甲基丙烯酰氧）丙基三甲氧基硅烷的乙醇溶液中，浸泡1小时，蒸馏水洗 净，干燥，得到处理过的钛片；
[0040] 步骤二、分子印迹方法结合表面引发原子转移自由基聚合法进行表面改性：将甲 基丙烯酸聚乙二醇甲基醚酯、双甲基丙烯酸乙二醇酯加入水和乙醇中，搅拌均匀，加入成骨 细胞，搅拌均匀；加入面积为IX Icm2钛片，加入CuBr和α-溴代苯乙酸甲酯，通氮气保护 下KKTC反应30分钟，在这里选用分子量为1000的甲基丙烯酸聚乙二醇甲基醚酯；
[0041] 步骤三、后处理：反应结束后，取出钛片，蒸馏水洗净后放入装有1% I型胶原酶 2ml的瓶中，消化30秒；取出钛片，蒸馏水洗净后超声10分钟，取出于80°C真空干燥，得到 本发明的产品。
[0042] 所述的医用钛的制备方法中，所述甲基丙烯酸聚乙二醇甲基醚酯的用量为 70-90mmol，所述甲基丙烯酸乙二醇酯用量为20-40mmol，所述水的用量为40-60ml，所述乙 醇用量为10_20ml。
[0043] 所述的医用钛的制备方法中，所述成骨细胞的密度为2X104/ml，用量为0. 5-2ml。
[0044] 所述的医用钛的制备方法中，所述CuBr和a-溴代苯乙酸甲酯的用量分别为 0·05-0. Imol 和 0· 01-0. 05mol。
[0045] 实施例1
[0046] 一、产品制备
[0047] 将基体钛金属用丙酮、乙醇和蒸馏水依次超声30分钟，80°C真空干燥，然后将钛 片浸泡于体积分数为5 %的3-(甲基丙烯酰氧）丙基三甲氧基硅烷的乙醇溶液中，浸泡1 小时，蒸馏水洗净，干燥，得到处理过的钛金属基体。将SOmmol分子量为1000的甲基丙 烯酸聚乙二醇甲基醚酯、30mmol双甲基丙烯酸乙二醇酯加入50ml水和15ml乙醇中，搅拌 均匀，加入ImL密度为2 X 104/ml的成骨细胞，搅拌均匀。加入面积为IX Icm2钛片，加入 0· 05molCuBr，0. Olmol a -溴代苯乙酸甲酯，通氮气保护下l〇〇°C反应30分钟。反应结束后， 取出钛片，蒸馏水洗净后放入装有1% I型胶原酶2ml的瓶中，消化30秒。取出钛片，蒸馏 水洗净后超声10分钟，取出于80°C真空干燥，得到本发明的产品。
[0048] 二、抗细菌粘附性能实验
[0049] 实验过程：每个试样表面接种Iml浓度为IO5的菌液在37°C培养Id后，试样用PBS 轻轻漂洗3次以去除未粘附的细菌，然后试样上粘附的细菌用超声振荡（40W)5min洗脱到 Iml蒸馏水中，洗脱液用来检测试样表面粘附细菌中的活菌数。用倍比稀释和涂布培养法检 测活菌数。
[0050] 实验结果：
[0051] 表1本发明产物对各细菌的抗粘附率
【权利要求】
1. 一种医用钛金属材料，其具有抗细菌粘附和促成骨细胞生长功能，其特征在于，所述 包括： 医用钛金属基体； 第一附着层，其为3-(甲基丙烯酰氧）丙基三甲氧基硅烷附着层，其附着在所述基体的 表面，通过共价键与所述基体相连； 第二附着层，其为聚乙二醇类化合物附着层，其附着在所述第一附着层的表面，通过化 学键与第一附着层相连； 其中，所述第二附着层中还具有与成骨细胞空间构型相匹配的空穴。
2. 如权利要求1所述的医用钛金属材料，其特征在于，所述聚乙二醇类化合物由甲基 丙烯酸聚乙二醇甲基醚脂和双甲基丙烯酸乙二醇脂在乙醇环境下发生交联反应得到。
3. 如权利要求2所述的医用钛金属材料，其特征在于，所述甲基丙烯酸聚乙二醇甲基 醚脂的分子量为：900_1100,所述双甲基丙烯酸乙二醇脂的分子量为：200_300。
4. 如权利要求1或2所述的医用钛金属材料，其特征在于，所述空穴是使用分子印迹方 法，在所述甲基丙烯酸聚乙二醇甲基醚脂和双甲基丙烯酸乙二醇脂发生交联反应的过程中 引入成骨细胞，然后再使用胶原酶去除成骨细胞得到的。
5. -种如权利要求1所述的医用钛金属材料的制备方法，其特征在于，所述包括以下 步骤： 步骤一、预处理：将基体钛金属用丙酮、乙醇和蒸馏水依次超声30分钟，80°C真空干 燥，然后将钛片浸泡于体积分数为5 %的3-(甲基丙烯酰氧）丙基三甲氧基硅烷的乙醇溶液 中，浸泡1小时，蒸馏水洗净，干燥，得到处理过的钛片； 步骤二、分子印迹方法结合表面引发原子转移自由基聚合法进行表面改性：将甲基丙 烯酸聚乙二醇甲基醚酯、双甲基丙烯酸乙二醇酯加入水和乙醇中，搅拌均匀，加入成骨细 胞，搅拌均匀；加入面积为lXlcm2钛片，加入CuBr和α-溴代苯乙酸甲酯，通氮气保护下 l〇〇°C反应30分钟； 步骤三、后处理：反应结束后，取出钛片，蒸馏水洗净后放入装有1% I型胶原酶2ml的 瓶中，消化30秒；取出钛片，蒸馏水洗净后超声10分钟，取出于80°C真空干燥，得到本发明 的产品。
6. 如权利要求4所述的医用钛的制备方法，其特征在于，所述甲基丙烯酸聚乙二醇甲 基醚酯的用量为70-90mmol，所述甲基丙烯酸乙二醇酯用量为20-40mmol，所述水的用量为 40-60ml，所述乙醇用量为10-20ml。
7. 如权利要求4所述的医用钛的制备方法，其特征在于，所述成骨细胞的密度为 2 X 104/ml，用量为 0· 5-2ml。
8. 如权利要求4所述的医用钛的制备方法，其特征在于，所述CuBr和α-溴代苯乙酸 甲酯的用量分别为〇· 05-0. lmol和0· 01-0. 05mol。
【文档编号】A61L27/06GK104225678SQ201410521019
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年9月30日 优先权日:2014年9月30日
【发明者】李培源, 苏炜, 霍丽妮, 陈睿 申请人:广西中医药大学