一种双功能壳聚糖涂层的镁合金管支架、制备方法及应用

1.本发明属于镁合金管支架模型技术领域，尤其涉及一种双功能壳聚糖涂层的镁合金管支架、制备方法及应用。


背景技术：

2.目前，骨肉瘤是一种众所周知的原发性恶性骨肿瘤，常发生在儿童和青少年中，75％的患者的年龄从15岁至25岁不等。os在儿童最常见的癌症中排名第八(约2.4％)，约占儿童癌症相关死亡的8.6％。年轻患者的骨肉瘤患病率上升到600-800万。迄今为止，骨肿瘤最常见的临床治疗方法包括化疗、广泛的手术切除和放疗，手术通常会导致切除组织的骨缺损，而残留的癌细胞可能仍然存在。5.然而骨肉瘤对放疗不敏感，易发生化疗耐药性，而且化疗和放疗还包括肝功能障碍、心脏毒性和对正常组织损伤等副作用。骨肉瘤癌细胞的快速增殖和侵袭仍然是骨肉瘤患者生存率几十年来没有提高的主要原因，迫切需要创新和有效的治疗策略来解决骨肿瘤治疗中存在的问题。随着生物纳米技术的发展，人们为骨肿瘤的治疗设计了新的治疗方案。骨肿瘤治疗的生物材料需要具有两种功能：杀伤肿瘤细胞和促进骨再生。近年来可降解的镁合金作为骨科植入物受到越来越多的关注，一些研究已经报道了镁降解对肿瘤细胞有一定的细胞毒性作用，具有潜在的抗肿瘤活性。但是镁金属材料的降解速率过快。为了降低镁的降解速率，可以合金化或涂层处理。最近的研究表明，各种合金元素可以增强镁的细胞毒性。wu等研究合金mg-ca-sr-zn对成骨肉瘤细胞系的细胞毒性作用。结果表明，mg-1ca-0.5sr-xzn(x＝0、2、4、6质量％)合金可抑制u2os细胞的增殖、活力、细胞周期、迁移和侵袭。这种作用主要是由于镁的降解产物。镁的降解产物分别为mg
2+
、oh-和h2。壳聚糖是一种常用于骨和组织工程应用的生物聚合物，最近作为乳腺癌等转移细胞系的促凋亡剂被研究，壳聚糖是由几丁质去乙酰化产生的线性多糖，该多糖的性质直接依赖于去乙酰化位点，使其在组织支架和涂层中的生物相容性、抗菌活性和生物降解性等修饰性质方面特别新颖。壳聚糖也作为一个弱碱基，这表明其可能在骨肉瘤调控中作为ph调节因子。这是由于壳聚糖的葡萄糖胺基的初级氨基上的非键电子对，它有能力接受质子。壳聚糖促进成骨细胞增殖。在骨肉瘤中的增殖将允许一种有针对性、局部性和可控的治疗策略。
3.通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：
4.(1)迄今为止，骨肿瘤最常见的临床治疗方法包括化疗、广泛的手术切除和放疗，手术通常会导致切除组织的骨缺损，而残留的癌细胞可能仍然存在。5.然而骨肉瘤对放疗不敏感，易发生化疗耐药性，而且化疗和放疗还包括肝功能障碍、心脏毒性和对正常组织损伤等副作用。手术切除往往不能完全切除肿瘤，这是术后复发和转移的主要原因。
5.(2)且术后修复问题仍未解决。
6.解决以上问题及缺陷的难度为：开发出一种既能抑制术后残存的肿瘤细胞的侵袭与转移又能促进周围正常细胞的增殖促进骨修复缺损。
7.解决以上问题及缺陷的意义为：大大的减轻了患者放化疗术后的副作用，又能解
决患者术后的修复问题，满足患者日常生活需求。


技术实现要素：

8.针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种双功能壳聚糖涂层的镁合金管支架、制备方法及应用。
9.本发明是这样实现的，一种双功能壳聚糖涂层的镁合金管支架的制备方法，所述双功能壳聚糖涂层的镁合金管支架的制备方法将壳聚糖按比例配制成混合悬液；先将混合悬液注射到模具中，放入可降解镁合金；继续注射混合悬液，形成三明治涂层结构，形成壳聚糖涂层的镁合金管支架材料。
10.进一步，所述双功能壳聚糖涂层的镁合金管支架的制备方法包括以下步骤：
11.第一步，镁合金的制备：通过熔炼法制备mg-ca-sr三元合金，使用具有良好生物相容性的ca和sr元素作为微合金化元素；在制备过程中通过调整保温温度、保温时间、冷却速率工艺参数及热处理获得最优化的三元合金组织；
12.第二步，镁合金管的制备：合金铸锭经过线切割、车削加工的方法，得到空心圆柱胚料，加热，固溶，淬火后备用；将挤压模具加热，放入空心圆柱胚料中，在高温下挤压，得到无缝挤压管；无缝挤压管退火后，得到薄壁镁合金细管；
13.第三步，多孔镁合金管的制备：以镁合金细管为基础，先进行有限元分析，设计并绘制出图案并导入激光雕刻机中；在惰性气体保护下，进行精密雕刻，然后进行表面光亮处理，在弱酸性有机溶剂中超声震荡洗涤，最后放入与金属镁不反应的清洗剂中清洗并晾干；
14.第四步，镁合金管力学性能：通过测量镁合金管的显微硬度、并进行拉伸试验、压缩试验及抗弯试验以获得镁合金管的力学性能指标；
15.第五步，在多孔镁合金管表面制备微弧氧化涂层：将多孔镁合金管表面进行打磨抛光，置于清洗槽中清洗，在450v电压下氧化并清洗，最后在烘干槽中烘干；
16.第六步，壳聚糖涂层材料的制备：取壳聚糖末溶于醋酸中，加入上述溶液中搅拌均匀，用去离子水稀释，加入氯化钠和氢氧化钾调节ph值，离心溶液，将多孔镁钙锶合金管放入溶液中，冷冻干燥。
17.进一步，所述镁钙锶合金管中镁钙锶合金的制备包括：
18.1)铸态合金原料包括高纯镁99.9wt％、mg-30wt％ca中间合金及mg-30wt％sr中间合金；
19.2)在通有混合保护气体的电阻炉内熔炼、浇铸制备；按照成分比例配制原料；准备模具，准备熔炼；所有工具表面除锈，加热处理，保持干燥；加热坩埚，通入保护气体；
20.3)将预热后的纯镁加入坩埚，设置电阻炉温度，待炉料全部融化后，保持温度恒定，加入烘干后的mg-30wt％ca合金，加热到720℃后保温，再加入mg-30wt％sr合金，加热到760℃后保温；
21.4)待炉料全部融化后，充分搅拌，静置；温度降至720℃后，融化的材料浇铸到模具上，待固化后形成所需的镁钙锶合金模型。
22.进一步，所述镁钙锶合金管的制备包括：
23.1)合金铸锭经过线切割、车削加工，得到空心圆柱坯料，其外径为30mm～50mm，中间通孔直径为4.5～6.5mm；
24.2)将空心圆柱坯料放入箱式电阻炉内，进行400℃～500℃，6～12小时的固溶处理，采用温水60℃～90℃淬火；
25.3)将挤压模具表面涂抹润滑剂后放入电阻炉内加热至400℃～480℃，放入空心圆柱坯料，保温5min，取出挤压模具与空心圆柱坯料，安装好，在250℃～450℃温度范围内挤压，挤压速度为5mm/s，挤压比在10～70，得到无缝挤压管；
26.4)将无缝挤压管在箱式电阻炉内退火，退火温度为200℃～350℃，时间为10min，最终得到内径3mm，壁厚l，长5mm的薄壁镁合金细管。
27.进一步，所述壁厚l为1.5、2、2.5mm。
28.进一步，所述多孔镁钙锶合金管的制备包括：
29.1)多孔镁钙锶合金管由镁合金细管为基础，根据镁合金的力学性能，进行有限元分析，获得相应的力学参数；
30.2)根据有限元分析所得，设计并绘制所需制备多孔镁钙锶合金管图案且将图案导入激光雕刻机；在惰性气体保护下，通过激光雕刻机对多孔镁钙锶合金管精密雕刻，随后算出孔隙率；
31.3)后处理，包括表面光亮处理：将经精密雕刻成型的多孔镁钙锶合金管放入呈弱酸性的有机溶剂中超声震荡洗涤1-5分钟，将经表面光亮处理的多孔镁钙锶合金管放入与金属镁不反应的清洗剂中清洗并晾干。
32.进一步，有机溶剂为蒸馏水、无水乙醇和5.5＜ph值＜6.5的弱酸。
33.进一步，所述壳聚糖涂层的多孔镁合金管支架材料制备包括：
34.1)将微弧氧化后的多孔镁合金管消毒，灭菌，以备使用；
35.2)取壳聚糖末溶于醋酸中，加入溶液中搅拌均匀，然后用去离子水稀释，加入氯化钠和氢氧化钾调节ph值，最后离心溶液，将多孔镁钙锶合金管放入溶液中，冷冻干燥成型；完成壳聚糖涂层的多孔镁合金管支架材料。
36.本发明的另一目的在于提供一种由所述的双功能壳聚糖涂层的镁合金管支架的制备方法制备的双功能壳聚糖涂层的镁合金管支架。
37.本发明的另一目的在于提供一种所述双功能壳聚糖涂层的镁合金管支架在骨肿瘤治疗的生物材料中的应用。
38.结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：本发明具有良好的成骨效果，结构简单，性能可靠，使用便捷，其机械强度不仅可维持骨再生的轮廓外形，为新生骨提供足够的空间维持，而且抑制肿瘤细胞的生长侵袭和增殖。镁合金和壳聚糖材料不需要二次手术取出，减轻患者痛苦，减少手术次数及花费，最后材料逐渐降解，抑制周围残留的肿瘤细胞的生长，促进周围正常成骨细胞的生长达到修复缺损区域的目的，可用于修复骨肉瘤手术切除后的骨缺损修复满足患者术后日常生活需要。
39.本发明可以根据患者缺损区需求进行塑性，且材料性能安全，无需二次手术取出，为医生在临床上手术提供方便，并能减轻患者的痛苦。
40.本发明能够发挥各种材料的性能优势，具有双功能的生物材料，既有抑制肿瘤细胞的生长侵袭和转移，又有促进周围正常成骨细胞再生的能力，共同促进骨组织的再生修复功能，而且材料便于获得，制作方便。可降解的镁合金作为骨科植入物受到越来越多的关注，一些研究也已经报道了其具有潜在的抗肿瘤活性。镁基合金可以积极干扰肿瘤细胞的
生长，如骨肉瘤、乳腺癌和口腔表皮样癌。壳聚糖是一种具有黏性、良好的生物相容性、可生物降解性、成膜性及载药性的天然高分子聚合物，常作为生长因子载体和支架材料应用于骨组织工程中。
附图说明
41.为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对本技术实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下还可以根据这些附图获得其他的附图。
42.图1是本发明实施例提供的双功能壳聚糖涂层的镁合金管支架的制备方法流程图。
43.图2和图3是本发明实施例提供的实验操作流程图。
具体实施方式
44.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
45.针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种双功能壳聚糖涂层的镁合金管支架、制备方法及应用，下面结合附图对本发明作详细的描述。
46.如图1所示，本发明实施例提供的双功能壳聚糖涂层的镁合金管支架的制备方法包括以下步骤：
47.s101：镁合金的制备：通过熔炼法制备mg-ca-sr三元合金，使用具有良好生物相容性的ca和sr元素作为微合金化元素。在制备过程中通过调整保温温度、保温时间、冷却速率等工艺参数及热处理获得最优化的三元合金组织。
48.s102：镁合金管的制备：合金铸锭经过线切割、车削加工的方法，得到空心圆柱胚料，加热，固溶，淬火后备用；将挤压模具加热，放入空心圆柱胚料中，在高温下挤压，得到无缝挤压管；无缝挤压管退火后，得到薄壁镁合金细管。
49.s103：多孔镁合金管的制备：以镁合金细管为基础，先进行有限元分析，设计并绘制出图案并导入激光雕刻机中；在惰性气体保护下，进行精密雕刻，然后进行表面光亮处理，在弱酸性有机溶剂中超声震荡洗涤，最后放入与金属镁不反应的清洗剂中清洗并晾干。
50.s104：镁合金管力学性能研究：通过测量镁合金管的显微硬度、并对其进行拉伸试验、压缩试验及抗弯试验以获得镁合金管的力学性能指标。
51.s105：在多孔镁合金管表面制备微弧氧化涂层：将多孔镁合金管表面进行打磨抛光，然后置于清洗槽中清洗，在450v电压下氧化并清洗，最后在烘干槽中烘干。
52.s106：壳聚糖涂层材料的制备：取壳聚糖末溶于醋酸中，加入上述溶液中搅拌均匀，然后用去离子水稀释，加入氯化钠和氢氧化钾调节ph值，最后离心溶液，将多孔镁钙锶合金管放入溶液中，冷冻干燥。
53.本发明实施例提供的双功能壳聚糖涂层的镁合金管支架的制备方法具体包括以下步骤：
54.1)镁钙锶合金的制备：
55.a.实验所用的铸态合金原料包括高纯镁(99.9wt％)、mg-30wt％ca中间合金及mg-30wt％sr中间合金。
56.b.在通有混合保护气体的电阻炉内熔炼、浇铸制备；按照实验设计成分比例配制原料；准备模具，准备熔炼。所有工具表面除锈，加热处理，保持干燥；加热坩埚，通入保护气体。
57.c.将预热后的纯镁加入坩埚，设置电阻炉温度，待炉料全部融化后，保持温度恒定，加入烘干后的mg-30wt％ca合金，加热到720℃后保温，再加入mg-30wt％sr合金，加热到760℃后保温。
58.d.待炉料全部融化后，充分搅拌，静置。温度降至720℃后，融化的材料浇铸到模具上(此过程需要通保护气体)，待固化后形成所需的镁钙锶合金模型。
59.2)镁钙锶合金管的制备：
60.薄壁镁合金细管，规格为内径3mm，不同管壁厚度l(1.5、2、2.5mm)，长度5mm。其力学性能参数范围为：抗拉强度≥210mpa，屈服强度≥100mpa，压扁强度≥600mpa，伸长率≥10％。制备综合机械性能优异的薄壁镁合金细管步骤：
61.a.合金铸锭经过线切割、车削加工，得到空心圆柱坯料，其外径为30mm～50mm，中间通孔直径为4.5～6.5mm；
62.b.将空心圆柱坯料放入箱式电阻炉内，进行400℃～500℃，6～12小时的固溶处理，采用温水(60℃～90℃)淬火；
63.c.将挤压模具表面涂抹润滑剂后放入电阻炉内加热至400℃～480℃，然后放入空心圆柱坯料，保温5min，取出挤压模具与空心圆柱坯料，安装好，在250℃～450℃温度范围内挤压，挤压速度为5mm/s，挤压比在10～70之间，得到无缝挤压管；
64.d.将无缝挤压管在箱式电阻炉内退火，退火温度为200℃～350℃，时间为10min，最终得到内径3mm，壁厚l(1.5、2、2.5mm)，长5mm的薄壁镁合金细管。
65.3)多孔镁钙锶合金管的制备：
66.a.多孔镁钙锶合金管由镁合金细管为基础，首先根据镁合金的力学性能，进行有限元分析，获得相应的力学参数，适用于本实验“内径3mm，壁厚l(1.5、2、2.5mm)，长5mm，孔径1mm”模型的力学需要。
67.b.根据有限元分析所得，设计并绘制所需制备多孔镁钙锶合金管图案且将图案导入激光雕刻机；在惰性气体保护下，通过激光雕刻机对多孔镁钙锶合金管精密雕刻，随后算出孔隙率。
68.c.后处理，包括表面光亮处理：将经精密雕刻成型的多孔镁钙锶合金管放入呈弱酸性的有机溶剂(蒸馏水、无水乙醇和5.5＜ph值＜6.5的弱酸)中超声震荡洗涤1-5分钟，将经表面光亮处理的多孔镁钙锶合金管放入与金属镁不反应的清洗剂中清洗并晾干。
69.4)壳聚糖涂层的多孔镁合金管支架材料：
70.a.按照实验尺寸要求，将微弧氧化后的多孔镁合金管消毒，灭菌，以备使用。
71.b.取壳聚糖末溶于醋酸中，加入上述溶液中搅拌均匀，然后用去离子水稀释，加入氯化钠和氢氧化钾调节ph值，最后离心溶液，将多孔镁钙锶合金管放入溶液中，冷冻干燥成型。完成壳聚糖涂层的多孔镁合金管支架材料。
72.下面结合实验操作对本发明的技术效果作详细的描述。
73.本实验的具体操作流程，如图2和图3所示。
74.以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。