PET材料表面的梯度生物涂层的制备方法及其产品和应用与流程

本发明涉及一种pet材料表面的梯度生物涂层的制备方法及其产品和应用，具体涉及一种在pet材料表面利用浸渍提拉法制备羟基磷灰石梯度涂层的方法。本发明属于生物医用材料的表面改性领域。

背景技术：

聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)是目前临床上使用最多的人工韧带材料。pet材料本身亲水性差、缺乏生物活性，因而不利于细胞的黏附与增殖；同时其骨传导性欠佳，难以与自体骨组织在界面上形成稳定的骨性结合，导致临床修复效果难以令人满意。若想进一步推进pet材料在临床上的应用，在其表面施以涂层化修饰，以改善其生物活性与骨诱导性，是一项至关重要而又势在必行的任务。

羟基磷灰石(hap)是人体骨骼和牙齿的主要无机组成成分，具有很好的生物相容性、生物活性以及骨传导性。将其植入人体缺损部位后，钙和磷会游离出材料表面与自体骨组织在界面上形成紧密的键合，被自体骨组织吸收，从而诱导新骨组织的再生，增强骨修复的效果。因此，hap是一种很好的用于组织修复与组织替代的材料，被广泛应用于骨科、牙科、整形外科等医学领域。hap的制备方法基本可以概括为干法制备和湿法制备两大类。干法制备即为固相反应法，而湿法制备主要包括水热合成法、化学沉淀法、溶胶-凝胶法、仿生合成法等。利用无机钙盐和磷盐进行共沉淀来制备hap，是一种很好的制备粒径均一的纳米级hap的方法。

人工韧带在植入体内后，不同的部位需要发挥不同的功能以达到有效的组织修复作用。相比于关节腔部的pet材料，骨道部的pet材料不仅要具有良好的生物相容性，还需要能与自体骨组织形成良好的骨性结合，并诱导新骨形成，促进缺损修复。这是均一材料所无法实现的，但梯度功能材料却可以达到这一目的，它是通过连续改变材料的组成与结构，来实现材料性质与功能的渐变。同时，梯度材料还可以避免两种不同材料在界面上的性质突变所可能产生的不利影响。因此，对人工韧带pet材料表面进行梯度渐变的羟基磷灰石涂层化处理，既能实现物尽其用，又避免了使用均一全涂层材料造成经济成本的浪费，这不仅能够提升人工韧带材料的性能指标，同时也会给pet材料的临床应用与转化带来重大的经济效益。

为改善传统的pet人工韧带材料的生物活性与骨传导性欠佳，有必要提出新的技术解决方案。

技术实现要素：

为克服现有技术的不足，本发明目的在于：提供一种pet材料表面的梯度羟基磷灰石涂层的制备方法。及其产品和应用

本发明的再一目的在于提供上述方法制备的产品。

本发明的又一目的在于提供上述方法制得产品的应用。

本发明目的通过下述方案实现：一种pet材料表面的梯度生物涂层的制备方法，以类骨无机盐羟基磷灰石作为涂层材料，利用化学沉淀法制备纳米hap，利用浸渍提拉法制备pet表面的梯度hap涂层，具体步骤如下：

(1)纳米羟基磷灰石的制备

配制500ml0.5m的ca(no3)2溶液和300ml0.5m的(nh4)2hpo4溶液，将50ml浓氨水用milli-q超纯水稀释至500ml，将ca(no3)2溶液加入三口烧瓶中，在室温下用蠕动泵滴加(nh4)2hpo4溶液并控制滴加速率为3ml/min，同时以5ml/min的速率滴加氨水，保持混合溶液的ph值在9.5与10之间，一边滴加一边以500rpm的转速进行磁力搅拌，滴加完毕后，继续磁力搅拌5h，然后静置陈化24h；

弃去上层清液，用1l无水乙醇进行淋洗和抽滤，然后用大量超纯水进行反复清洗和抽滤，直至滤液为中性，水洗结束后，再次用乙醇进行分散和抽滤，将滤渣置于60°c烘箱中干燥，干燥后的固体在红外灯下用研钵研碎，以150目筛网过筛，得到羟基磷灰石的前驱体；

将前驱体置于马弗炉中煅烧，首先在100min内升温至500°c并维持5min，然后在100min内继续升温至1000°c并维持180min，煅烧后的产物置于球磨机中，放置大球20g和小球40g，在400rpm的转速下球磨15h，在15°c下以5000rpm的转速离心10min，然后用旋转蒸发仪在45°c下将溶剂蒸干，在60°c下烘干。干燥后的hap产物用研钵研碎，并干燥保存备用；

(2)pet材料的表面预处理

将pet材料置于无水乙醇中浸泡，超声处理30min，以除去材料表面粘附的杂质，取出材料后，用大量超纯水反复清洗以去除残留的乙醇，在室温下进行干燥，配制5wt%的氢氧化钠溶液，将pet材料浸泡其中，并煮沸1h，用大量的超纯水反复清洗材料，直至ph值约为7，然后在60°c下进行干燥，得到端基为羧基的pet材料；

(3)浸渍提拉法制备pet表面的梯度hap涂层

称取羟基磷灰石粉末0.4g，依次加入100ml乙醇和50ml超纯水，超声30min使hap在溶液中分散均匀，利用浸渍提拉镀膜机制备hap涂层，将pet材料减成10cm×10cm的小块，以恒定的速度垂直浸入hap分散液中，在溶液中浸渍某一时间以达到平衡，然后以一定的初速度和加速度匀加速将pet材料垂直提拉出液面，在室温下干燥24h，使乙醇挥发完全，形成pet表面的梯度hap涂层。

本发明通过改变浸渍提拉的工艺条件，制备不同梯度渐变方式的生物涂层材料。该材料具有良好的生物相容性、生物活性、骨诱导性以及梯度渐变特性，制备方法简单易行，产物能满足生物医学应用的需求。

所述的浸渍时间为5~60s。

所述的提拉初速度为0.2~5mm/s。

所述的提拉加速度为1~10mm/s²。

本发明提供一种pet材料表面的梯度生物涂层，根据上述任一所述方法制备得到。本发明产品改善了pet人工韧带材料的生物活性与骨传导性，有利于其在植入体内后在不同的部位发挥不同的作用，尤其是骨道部的促骨功能。

本发明提供一种pet材料表面的梯度生物涂层作为人工韧带材料的应用。

本发明的优点在于：

(1)本发明以类骨无机盐羟基磷灰石作为涂层材料，利用化学沉淀法制备纳米hap，利用浸渍提拉法制备pet表面的梯度hap涂层。所用原料的生物安全性高，部分已是商业化产品。

(2)本发明制备的涂层材料具有良好的生物相容性、生物活性、骨诱导性以及梯度渐变特性。

(3)本发明方法简便易行、可操作性强，能进一步满足临床应用和工业生产的需求。

附图说明

图1为实施例1所制备的不同区域的pet表面涂层的扫描电子显微镜图片；

图2为实施例2所制备的不同区域的pet表面涂层的扫描电子显微镜图片。

具体实施方式

以下通过具体的实施例对本发明的技术方案作进一步描述。以下的实施例是对本发明的进一步说明，而不限制本发明的范围。

实施例1

配制500ml0.5m的ca(no3)2溶液和300ml0.5m的(nh4)2hpo4溶液，将50ml浓氨水用milli-q超纯水稀释至500ml。将ca(no3)2溶液加入三口烧瓶中，在室温下用蠕动泵滴加(nh4)2hpo4溶液并控制滴加速率为3ml/min，同时以5ml/min的速率滴加氨水，保持混合溶液的ph值在9.5与10之间，一边滴加一边以500rpm的转速进行磁力搅拌。滴加完毕后，继续磁力搅拌5h，然后静置陈化24h。

弃去上层清液，用1l无水乙醇进行淋洗和抽滤，然后用大量超纯水进行反复清洗和抽滤，直至滤液为中性。水洗结束后，再次用乙醇进行分散和抽滤，将滤渣置于60°c烘箱中干燥。干燥后的固体在红外灯下用研钵研碎，以150目筛网过筛，得到羟基磷灰石的前驱体。

将前驱体置于马弗炉中煅烧，首先在100min内升温至500°c并维持5min，然后在100min内继续升温至1000°c并维持180min。煅烧后的产物置于球磨机中，放置大球20g和小球40g，在400rpm的转速下球磨15h。在15°c下以5000rpm的转速离心10min，然后用旋转蒸发仪在45°c下将溶剂蒸干，在60°c下烘干。干燥后的hap产物用研钵研碎，并干燥保存备用。

将pet材料置于无水乙醇中浸泡，超声处理30min，以除去材料表面粘附的杂质。取出材料后，用大量超纯水反复清洗以去除残留的乙醇，在室温下进行干燥。配制5wt%的氢氧化钠溶液，将pet材料浸泡其中，并煮沸1h。用大量的超纯水反复清洗材料，直至ph值约为7，然后在60°c下进行干燥，得到端基为羧基的pet材料。

称取羟基磷灰石粉末0.4g，依次加入100ml乙醇和50ml超纯水，超声30min使hap在溶液中分散均匀。利用浸渍提拉镀膜机制备hap涂层，将pet材料减成10cm×10cm的小块，以恒定的速度垂直浸入hap分散液中，在溶液中浸渍10s以达到平衡，然后以0.2mm/s的初速度和10mm/s²的加速度匀加速将pet材料垂直提拉出液面。在室温下干燥24h，使乙醇挥发完全，形成pet表面的梯度hap涂层。

图1为本实施例1所制备的不同区域的pet表面涂层的扫描电子显微镜图片。

实施例2

配制500ml0.5m的ca(no3)2溶液和300ml0.5m的(nh4)2hpo4溶液，将50ml浓氨水用milli-q超纯水稀释至500ml。将ca(no3)2溶液加入三口烧瓶中，在室温下用蠕动泵滴加(nh4)2hpo4溶液并控制滴加速率为3ml/min，同时以5ml/min的速率滴加氨水，保持混合溶液的ph值在9.5与10之间，一边滴加一边以500rpm的转速进行磁力搅拌。滴加完毕后，继续磁力搅拌5h，然后静置陈化24h。

弃去上层清液，用1l无水乙醇进行淋洗和抽滤，然后用大量超纯水进行反复清洗和抽滤，直至滤液为中性。水洗结束后，再次用乙醇进行分散和抽滤，将滤渣置于60°c烘箱中干燥。干燥后的固体在红外灯下用研钵研碎，以150目筛网过筛，得到羟基磷灰石的前驱体。

将前驱体置于马弗炉中煅烧，首先在100min内升温至500°c并维持5min，然后在100min内继续升温至1000°c并维持180min。煅烧后的产物置于球磨机中，放置大球20g和小球40g，在400rpm的转速下球磨15h。在15°c下以5000rpm的转速离心10min，然后用旋转蒸发仪在45°c下将溶剂蒸干，在60°c下烘干。干燥后的hap产物用研钵研碎，并干燥保存备用。

将pet材料置于无水乙醇中浸泡，超声处理30min，以除去材料表面粘附的杂质。取出材料后，用大量超纯水反复清洗以去除残留的乙醇，在室温下进行干燥。配制5wt%的氢氧化钠溶液，将pet材料浸泡其中，并煮沸1h。用大量的超纯水反复清洗材料，直至ph值约为7，然后在60°c下进行干燥，得到端基为羧基的pet材料。

称取羟基磷灰石粉末0.4g，依次加入100ml乙醇和50ml超纯水，超声30min使hap在溶液中分散均匀。利用浸渍提拉镀膜机制备hap涂层，将pet材料减成10cm×10cm的小块，以恒定的速度垂直浸入hap分散液中，在溶液中浸渍30s以达到平衡，然后以1mm/s的初速度和5mm/s²的加速度匀加速将pet材料垂直提拉出液面。在室温下干燥24h，使乙醇挥发完全，形成pet表面的梯度hap涂层。

图2为实施例2所制备的不同区域的pet表面涂层的扫描电子显微镜图片。

实施例3

配制500ml0.5m的ca(no3)2溶液和300ml0.5m的(nh4)2hpo4溶液，将50ml浓氨水用milli-q超纯水稀释至500ml。将ca(no3)2溶液加入三口烧瓶中，在室温下用蠕动泵滴加(nh4)2hpo4溶液并控制滴加速率为3ml/min，同时以5ml/min的速率滴加氨水，保持混合溶液的ph值在9.5与10之间，一边滴加一边以500rpm的转速进行磁力搅拌。滴加完毕后，继续磁力搅拌5h，然后静置陈化24h。

弃去上层清液，用1l无水乙醇进行淋洗和抽滤，然后用大量超纯水进行反复清洗和抽滤，直至滤液为中性。水洗结束后，再次用乙醇进行分散和抽滤，将滤渣置于60°c烘箱中干燥。干燥后的固体在红外灯下用研钵研碎，以150目筛网过筛，得到羟基磷灰石的前驱体。

将前驱体置于马弗炉中煅烧，首先在100min内升温至500°c并维持5min，然后在100min内继续升温至1000°c并维持180min。煅烧后的产物置于球磨机中，放置大球20g和小球40g，在400rpm的转速下球磨15h。在15°c下以5000rpm的转速离心10min，然后用旋转蒸发仪在45°c下将溶剂蒸干，在60°c下烘干。干燥后的hap产物用研钵研碎，并干燥保存备用。

将pet材料置于无水乙醇中浸泡，超声处理30min，以除去材料表面粘附的杂质。取出材料后，用大量超纯水反复清洗以去除残留的乙醇，在室温下进行干燥。配制5wt%的氢氧化钠溶液，将pet材料浸泡其中，并煮沸1h。用大量的超纯水反复清洗材料，直至ph值约为7，然后在60°c下进行干燥，得到端基为羧基的pet材料。

称取羟基磷灰石粉末0.4g，依次加入100ml乙醇和50ml超纯水，超声30min使hap在溶液中分散均匀。利用浸渍提拉镀膜机制备hap涂层，将pet材料减成10cm×10cm的小块，以恒定的速度垂直浸入hap分散液中，在溶液中浸渍60s以达到平衡，然后以5mm/s的初速度和2mm/s²的加速度匀加速将pet材料垂直提拉出液面。在室温下干燥24h，使乙醇挥发完全，形成pet表面的梯度hap涂层。