醫(yī)用金屬植入體表面的礦化膠原涂層的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及醫(yī)用金屬植入體表面涂層的制備方法，尤其是醫(yī)用金屬植入體表面的礦化膠原涂層的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]自然骨由無(wú)機(jī)相、有機(jī)相和水組成。無(wú)機(jī)相中60-70%為磷酸鈣類(lèi)礦物，有機(jī)相中90-95%為膠原蛋白。所以將膠原與磷酸鈣復(fù)合后能得到與天然骨的成分相近的復(fù)合材料，因而與人體組織具有良好的生物相容性。鈦及鈦合金由于其與骨相近的彈性模量、良好的生物相容性以及在生理環(huán)境下優(yōu)良的抗腐蝕性能在臨床上得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。因此在鈦金屬基板表面制備一層磷酸鈣和膠原的復(fù)合材料，既兼顧可以硬骨組織植入體材料應(yīng)有的力學(xué)性能，又滿足了其該有的生物學(xué)性能。
[0003]礦化是實(shí)現(xiàn)膠原纖維和金屬基板表面結(jié)合的有效方式。但是由于膠原不具有良好的穩(wěn)定性，所以很多涂層的制備手段都無(wú)法獲得理想的礦化膠原涂層。例如，膠原在高溫下會(huì)失去活性，因而常用于制備涂層的等離子噴涂、離子束濺射、物理氣相沉積等將會(huì)使膠原降解，得到的涂層無(wú)法發(fā)揮膠原蛋白優(yōu)異的骨誘導(dǎo)能力。目前，較為溫和的沉積膠原與磷酸鈣復(fù)合涂層的方法一般有電化學(xué)沉積、旋涂法和仿生沉積法。其中，電化學(xué)沉積法可使涂層在結(jié)構(gòu)復(fù)雜的機(jī)體上均勻沉積，具有反應(yīng)條件溫和，可控參數(shù)多，可精確控制沉積層的厚度，化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)等優(yōu)點(diǎn)，因此在涂層制備方面的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。從生物學(xué)上來(lái)看，涂層表面弱礦化更有利于細(xì)胞的粘附與增殖，因此采用礦化程度梯度方式是一種有效途徑(CN201020516551.5)。但是依據(jù)礦化膠原沉積機(jī)理，膠原蛋白在pH高于其等電點(diǎn)的環(huán)境中帶負(fù)電，PH低于等電點(diǎn)環(huán)境中帶正電，而在電化學(xué)沉積過(guò)程中基板附近會(huì)產(chǎn)生pH梯度，從而使基板附近出現(xiàn)PH高于膠原等電點(diǎn)和低于其等電點(diǎn)的兩部分區(qū)域，而在這兩部分區(qū)域中，膠原帶的電性相反。而帶負(fù)電的膠原會(huì)對(duì)陰極沉積產(chǎn)生比較大的副作用，影響涂層的結(jié)合力，從而阻礙臨床應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種工藝簡(jiǎn)單的醫(yī)用金屬植入體表面“高附著力、高細(xì)胞響應(yīng)性”的礦化膠原涂層的制備方法。
[0005]本發(fā)明的醫(yī)用金屬植入體表面的礦化膠原涂層的制備方法，包括以下步驟:
1)清洗鈦基板表面；
2)配制電解液:將含鈣化合物溶于水中，配制成鈣濃度為10~100mM的水溶液，將含磷化合物溶于水中，配制成含磷濃度為10~100mM的水溶液，將含鈣水溶液和含磷水溶液攪拌混合，得到鈣磷混合溶液，將I型膠原溶于0.005mol/L醋酸中，攪拌后形成膠原濃度為0.5g/L的膠原醋酸溶液，將膠原醋酸溶液加入鈣磷混合溶液中，使鈣、磷、膠原的濃度分別為 l~10mmol/L、l~10mmol/L、0.4g/L，調(diào)整電解液 pH 值為 4.2-4.5 ；
3)將電解液置于溫度為37°C的恒溫槽中，以鈦基板為陰極，鉑電極為陽(yáng)極，采用正負(fù)交替電位法模式進(jìn)行電化學(xué)沉積，沉積電壓負(fù)壓為-2.5—2.1V，正壓為1.5-3V,分2~7段交替沉積，每段沉積時(shí)間為l~10min ;取出基板，用去離子水清洗，于37°C真空干燥。
[0006]本發(fā)明中，所述的I型膠原為倍菱液態(tài)膠原。所述的含鈣化合物可以是Ca (NO3) 2.6H20或CaCl2。所述的含磷化合物可以是NH4H2PO^ NaH 2P04。
[0007]本發(fā)明采用交替電位法，工藝簡(jiǎn)單，通過(guò)改變沉積電位、電位施加時(shí)間等參數(shù)在金屬植入體表面制得具有層狀結(jié)構(gòu)的強(qiáng)弱礦化膠原交替組裝的涂層，可以有效地使基板表面不同狀態(tài)的膠原完整地沉積，進(jìn)而有效避免帶負(fù)電荷膠原對(duì)陰極沉積的影響。形成強(qiáng)弱礦化程度交替組裝，既實(shí)現(xiàn)了基板和涂層及涂層與涂層之間的緊密結(jié)合，又可以使涂層具有一定的韌性，不易開(kāi)裂，實(shí)現(xiàn)涂層高附著力、高細(xì)胞相容性的特性。同時(shí)有望利用制得涂層的多孔結(jié)構(gòu)承載生長(zhǎng)因子、抗生素、蛋白類(lèi)藥物等，在硬骨組織修復(fù)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。
【附圖說(shuō)明】
[0008]圖1是交替電位法沉積強(qiáng)礦化膠原涂層的形貌；
圖2是交替電位法沉積弱礦化膠原涂層的形貌；
圖3是交替電位法沉積的礦化膠涂層脫鈣后的形貌，其中a圖為強(qiáng)礦化層脫鈣的形貌圖，b圖為弱礦化層脫鈣的形貌圖，c圖為強(qiáng)礦化與弱礦化交替涂層脫鈣的形貌圖；
圖4是交替電位法和恒電位法劃痕實(shí)驗(yàn)的比較圖，其中a圖為恒電位法劃痕實(shí)驗(yàn)，b圖為交替電位法劃痕實(shí)驗(yàn)；
圖5是在恒電位沉積和交替電位法沉積得到的試樣表面培養(yǎng)成骨細(xì)胞的結(jié)果圖；
圖6是恒電位和交替電位法BMP承載能力比較圖。
【具體實(shí)施方式】
[0009]以下結(jié)合具體實(shí)例來(lái)說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例1
配制電解液:將Ca(NO3)2.6Η20溶于水中，配制成鈣濃度為80mM的Ca(NO3)2水溶液，將NH4H2PO4溶于水中，配制成含磷濃度為80mM的NH4H2PCVK溶液，將Ca (NO3) 2水溶液和NH4H2PO4水溶液攪拌混合，得到鈣磷混合溶液。將倍菱液態(tài)膠原溶于0.005mol/L醋酸中，攪拌后形成膠原濃度為0.5g/L的膠原醋酸溶液，將該膠原醋酸溶液加入到鈣磷混合溶液，使鈣、磷、膠原的濃度分別為8mmOl/L、8mmOl/L、0.4g/L，再用NH3.H2O溶液調(diào)整電解液pH值為4.4。
[0010]以表面清潔處理后的鈦板作為陰極，鉑電極作為陽(yáng)極，陰陽(yáng)兩電極間距為1cm，取15ml電解液置于在37°C恒溫槽中，采用恒壓電化學(xué)沉積模式，電壓2.3V，沉積32min后取出鈦基板，去離子水清洗在37°C真空干燥箱內(nèi)烘干，得到鈦板表面的礦化膠原涂層。涂層劃痕實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖4a所示。
[0011]在本例制備的試樣表面涂層上培養(yǎng)成骨細(xì)胞I天、3天和5天后的表征結(jié)果見(jiàn)圖5。
[0012]制備2 μ g/mL的rhBMP_2溶液，將本例制備的試樣浸泡在1mL上述溶液中。3天后取出，用Elisa試劑盒測(cè)試剩余rhBMP-2的量，得到的涂層rhBMP-2承載量如圖6所示。
[0013]實(shí)施例2 配制電解液:將CaCl2溶于水中，配制成鈣濃度為80mM的CaCl 2水溶液，將NaH孑04溶于水中，配制成含磷濃度為80mM的NaH2PCVK溶液，將CaCl 2水溶液和NaH 2P04水溶液攪拌混合，得到鈣磷混合溶液。將倍菱液態(tài)膠原溶于0.005mol/L醋酸中，攪拌后形成膠原濃度為0.5g/L的膠原醋酸溶液，將該膠原醋酸溶液加入到鈣磷混合溶液，使鈣、磷、膠原的濃度分別為8mmol/L、8mmol/L、0.4g/L，再用NH3.H2O溶液調(diào)整電解液pH值為4.4。
[0014]以表面清潔處理后的鈦板作為陰極，鉑電極作為陽(yáng)極，陰陽(yáng)兩電極間距為1cm，取15ml電解液置