一种医用钛合金的制备方法与流程

本发明涉及材料科学与纳米材料技术领域，特别涉及一种医用钛合金的制备方法。

背景技术：

生物医用材料是以医疗为目的，用于和活体组织接触以形成功能性的无生命材料，包括具有生物相容性或生物降解性的材料，它必须具有良好的生物相容性，良好的生物稳定性或可控的降解吸收性能，与组织形成生物性键合的生物活性，足够的强度和韧性或与组织匹配的力学性能，以及良好的加工、灭菌和临床操作性能等。钛金属基生物材料由于具有低模量，良好的耐腐蚀性以及优异的生物形容性被广泛地用于骨科手术中。

钛种植在外科手术也存在一些问题，例如在手术过程中和术后一段时间植入处容易发生细菌感染。众所周知，PLGA(聚乳酸羟基乙酸共聚物)材料具有独特的机械性能，合适的降解率，良好的生物相容性。最近几年，PLGA(聚乳酸羟基乙酸共聚物)材料常常被用来包裹药物使药物可以长期释放，避免骨移植患者术后感染后进行二次手术。相较于PLGA(聚乳酸羟基乙酸共聚物)薄膜，PLGA(聚乳酸羟基乙酸共聚物)纳米粒子可以有效地包裹治疗药剂，保护它们，并且增加药物的稳定性。因此药物可以随着外面聚合物基的缓慢降解逐渐释放到血液中抑制细菌的增殖。

万古霉素是一种糖肽类抗生素，可以有效地抑制革兰氏阳性菌，如金黄色葡萄球菌。同时也可以根除耐甲氧西林金黄色球菌。所以万古霉素可以有效地阻止金属移植体上的细菌感染。

如何将上述各物质的特性结合在一起，制备更适用于医疗的的材料，是各研究人员共同探索的问题。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明提供了一种医用钛合金的制备方法，用以制备既具有良好的生物活性，又具有抗菌性的钛基金属生物医用材料。

本发明的技术方案为：1、一种医用钛合金的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤一，粒子的制备：

1)将50-70mgPLGA(聚乳酸羟基乙酸共聚物)、6-7mg普朗尼克F-68溶于2ml二氯甲烷形成混合物，将所述混合物超声振荡8-12min得到PLGA(聚乳酸羟基乙酸共聚物)溶液；

4)将90-110mg抗生素完全溶于0.4-0.6mL去离子水中形成抗生素溶液，将所述抗生素溶液加入到所述PLGA(聚乳酸羟基乙酸共聚物)溶液中，上下颠倒轻摇,使PLGA(聚乳酸羟基乙酸共聚物)溶液充分包裹抗生素分子形成初乳液，再往初乳液中加入5-6mL的25mg/mL的聚乙烯醇溶液后超声振荡8-12min，振荡后缓慢注入到34-35mL的25mg/mL聚乙烯醇溶液中得到最终混合物；再用磁力搅拌器轻柔搅拌所述最终混合物18-22h，直至得到生成有白色粉末颗粒的反应混合物；

5)将所述反应混合物装入离心管中做离心处理，分离出固体份，所述固体份用去离子水离心洗涤处理，处理后的固体份真空冷冻干燥得到所需粒子；

步骤二，氨基组钛合金的制备：

1)将已物理抛光好的钛合金浸入体积比氢氟酸(浓)：硝酸(1mol/mL)：去离子水＝1:4:5的混合酸液中化学抛光1-3min，再用去离子水洗涤干燥，然后将钛合金放入100ml的反应釜中、且经过所述物理抛光和化学抛光的一面朝上，再往釜内加入4mol/mL的氢氧化钠溶液50-70mL，在70-90℃下反应80-100min，完成后清洗钛合金；

2)配制以甲苯为溶剂的APTES(3-氨丙基三乙氧基硅烷)溶液，将钛合金浸泡于所述APTES(3-氨丙基三乙氧基硅烷)溶液中，在50-70℃下，冷凝回流12h，钛合金取出后，再用丙酮将钛合金浸泡24h，清洗干燥，得到氨基组钛合金；

步骤三，氨基组钛合金与粒子的结合：

将步骤一所述的粒子和步骤二所述的氨基组钛合金放入10-30mL的去离子水中，加入0.2-0.8mL的碳化二亚胺，反应3-5h，得到接粒子组钛合金，即医用钛合金。

所述抗生素为万古霉素、太古霉素中的一种。

所述步骤一的1)中所述的超声振荡频率为30-50Hz。

所述步骤一的3)中所述离心处理为5000r/min的转速离心20-40min。

所述步骤一的3)中所述的固体份去离子水离心洗涤处理，反复3次。

所述步骤二的2)中所述以甲苯为溶剂的APTES(3-氨丙基三乙氧基硅烷)溶液中APTES(3-氨丙基三乙氧基硅烷)的体积比为3％-8％。

一种由权利要求1-6中任一权利要求所述的医用钛合金制备方法制得的医用钛合金。

本发明的技术效果为：

本发明提供一种医用钛合金的制备方法，用以制备既具有良好的生物活性，又具有抗菌性的钛基金属生物医用材料。

本发明中运用双乳液法制备粒径分布均匀、团聚程度较轻的PLGA(聚乳酸羟基乙酸共聚物)载药纳米粒子，使其具有良好的生物活性和抗菌性能，然后用水热法处理的钛合金为原材料，将其用冷凝回流法接上APTES(3-氨丙基三乙氧基硅烷)图层，促使PLGA(聚乳酸羟基乙酸共聚物)载药纳米粒子更好的接到钛基表面，使其具有良好促成骨性及具有一定的杀菌功能。

本发明所述的制备方法中，合成载药PLGA(聚乳酸羟基乙酸共聚物)纳米粒子的方法简单方便，设备投入少，消耗资源少，实施难度小，制备所得的医用钛合金在应用中当生物体发生医疗感染时，PLGA(聚乳酸羟基乙酸共聚物)载药纳米粒子表面的酯键打开，药物会随着PLGA(聚乳酸羟基乙酸共聚物)的降解逐渐释放出来，抑制细菌的生长，而且还促进成骨细胞的增殖与分化。

附图说明

下面结合附图及实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1-1为实施例1中碱热的FE-SEM图。

图1-2为实施例1中氨基的FE-SEM图。

图1-3为实施例1中接粒子组的FE-SEM图。

图1-4为实施例1中纯钛表面细菌SEM图。

图1-5为实施例1中接粒子组钛合金表面细菌SEM图。

图2为实施例1中粒子在不同pH值不同时间的抗菌效率。

图3-1为实施例1中纯钛表面细胞生长荧光图。

图3-2为实施例1中氨基组钛合金表面细胞生长荧光图。

图3-3为实施例1中接粒子组钛合金表面细胞生长荧光图。

具体实施方式

为更好理解本发明，下面结合附图和实施例对本发明做进一步地详细说明。

本发明所述普朗尼克F-68是一种由中部疏水的聚氧丙烯(多(丙烯氧化物))链侧面连接两段亲水聚氧乙烯(多(氧化乙烯))构成的非离子式三嵌段共聚物。

实施例1：

(1)将60mgPLGA(聚乳酸羟基乙酸共聚物)，6.5mg普朗尼克F-68溶于2ml二氯甲烷，40Hz超声振荡10min，再将100mg抗生素完全溶于0.5mL去离子水中，之后将抗生素溶液加入PLGA(聚乳酸羟基乙酸共聚物)溶液中，上下颠倒轻摇,使PLGA(聚乳酸羟基乙酸共聚物)溶液充分包裹药物形成初乳液，再往初乳液中加入5.5mL的25mg/mL的聚乙烯醇溶液，40Hz超声振荡10min，振荡后将混合液缓慢注入34.5mL的25mg/mL聚乙烯醇溶液中，用磁力搅拌器轻柔搅拌20h，最终溶液下层得到类似于盐的粉末白色小颗粒。将此溶液装入离心管中，以5000r/min的转速离心30min,以去离子水洗涤，离心3次，收集粒子，真空冷冻干燥。

(2)将已物理抛光好的钛合金放入氢氟酸(浓)：硝酸(1mol/mL)：去离子水＝1:4:5的混合酸液中化学抛光2min，去离子水洗涤干燥，再将此钛合金放入100ml的反应釜中，抛光的一面朝上，再往釜内加入已配置好的4mol/mL的氢氧化钠溶液60mL,在80℃下反应90min。完成后清洗样品。配制以甲苯为溶剂体积比为5％的APTES(3-氨丙基三乙氧基硅烷)溶液,将钛合金放入溶液中，在60℃下，冷凝回流12h，再用丙酮将钛合金浸泡24h，清洗干燥，为氨基组。

(3)将步骤一获得的粒子和步骤二得到氨基组钛合金放入20mL的去离子水中，加入0.5mL的碳化二亚胺，反应4h，得到接粒子组钛合金。

实施例2：

(1)将50mgPLGA(聚乳酸羟基乙酸共聚物)，6mg普朗尼克F-68溶于2ml二氯甲烷，30Hz超声振荡8min，再将90mg抗生素完全溶于0.4mL去离子水中，之后将抗生素溶液加入PLGA(聚乳酸羟基乙酸共聚物)溶液中，上下颠倒轻摇,使PLGA(聚乳酸羟基乙酸共聚物)溶液充分包裹药物形成初乳液，再往初乳液中加入5mL的25mg/mL的聚乙烯醇溶液，30Hz超声振荡8min，振荡后将混合液缓慢注入34mL的25mg/mL聚乙烯醇溶液中，用磁力搅拌器轻柔搅拌18h，最终溶液下层得到类似于盐的粉末白色小颗粒。将此溶液装入离心管中，以5000r/min的转速离心20min,以去离子水洗涤，离心3次，收集粒子，真空冷冻干燥。

(2)将已物理抛光好的钛合金放入氢氟酸(浓)：硝酸(1mol/mL)：去离子水＝1:4:5的混合酸液中化学抛光1min，去离子水洗涤干燥，再将此钛合金放入100ml的反应釜中，抛光的一面朝上，再往釜内加入已配置好的4mol/mL的氢氧化钠溶液50mL,在70℃下反应90min。完成后清洗样品。配制以甲苯为溶剂体积比为3％的APTES(3-氨丙基三乙氧基硅烷)溶液,将钛合金放入溶液中，在50℃下，冷凝回流12h，再用丙酮将钛合金浸泡24h，清洗干燥，为氨基组。

(3)将步骤一获得的粒子和步骤二得到氨基组钛合金放入10mL的去离子水中，加入0.2mL的碳化二亚胺，反应3h，得到接粒子组钛合金。

实施例3：

(1)将70mgPLGA(聚乳酸羟基乙酸共聚物)，7mg普朗尼克F-68溶于2ml二氯甲烷，50Hz超声振荡12min，再将110mg抗生素完全溶于0.6mL去离子水中，之后将抗生素溶液加入PLGA(聚乳酸羟基乙酸共聚物)溶液中，上下颠倒轻摇,使PLGA(聚乳酸羟基乙酸共聚物)溶液充分包裹药物形成初乳液，再往初乳液中加入6mL的25mg/mL的聚乙烯醇溶液，50Hz超声振荡12min，振荡后将混合液缓慢注入35mL的25mg/mL聚乙烯醇溶液中，用磁力搅拌器轻柔搅拌22h，最终溶液下层得到类似于盐的粉末白色小颗粒。将此溶液装入离心管中，以5000r/min的转速离心40min,以去离子水洗涤，离心3次，收集粒子，真空冷冻干燥。

(2)将已物理抛光好的钛合金放入氢氟酸(浓)：硝酸(1mol/mL)：去离子水＝1:4:5的混合酸液中化学抛光3min，去离子水洗涤干燥，再将此钛合金放入100ml的反应釜中，抛光的一面朝上，再往釜内加入已配置好的4mol/mL的氢氧化钠溶液70mL,在90℃下反应100min。完成后清洗样品。配制以甲苯为溶剂体积比为8％的APTES(3-氨丙基三乙氧基硅烷)溶液,将钛合金放入溶液中，在70℃下，冷凝回流12h，再用丙酮将钛合金浸泡24h，清洗干燥，为氨基组。

(3)将步骤一获得的粒子和步骤二得到氨基组钛合金放入30mL的去离子水中，加入0.8mL的碳化二亚胺，反应5h，得到接粒子组钛合金。

由图1-1、图1-2、图1-3、图1-4、图1-5可以看出，本发明所述的制备方法可实施性强，制备效率高，效果好。本发明制备出的医用钛合金，表面形成多孔纳米结构且粒子均匀分布，具有良好的抗菌性能。

将实施例1步骤一中得到的PLGA(聚乳酸羟基乙酸共聚物)载药纳米粒子分别放入不同pH值(pH4.5,5.4,6.4,7.4)的磷酸缓冲液中进行释放，收集上述粒子在不同pH值缓冲液中分别放置1,5,7,20天的释放液，分别检测释放液的抗菌性能。由图2可以看出：不同的pH下粒子的抗菌效果不一样，pH值越低抗菌的效果越好。在低pH值下，酯键在酸性情况下打开的越多释放的药物也就越多，抗菌效果就越好。

由图3-1、图3-2、图3-3可以看出：相较于纯钛和氨基组，接粒子组表面的细胞数目更多并且细胞散布的比较开比较大，说明接粒子组的生物形容性良好、促成骨性效果更好，氨基和PLGA(聚乳酸羟基乙酸共聚物)的协同作用可以更好的促进成骨细胞生长。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。