层及其制备方法适用于3D打印多孔Ti6A14V合金支架 等非线性金属表面涂层的工业化制备和生物医用，制备方法具有设备简单、成本低、操作方 便、工艺参数易于控制、不受基体材料大小和形状限制、膜层厚度可控性强、沉积速率快和 膜层形貌均匀性好等优点。一方面，在维持其多孔结构的同时，支架外部和内部表面同时得 到结构均一、结合力良好的功能涂层；另一方面，该涂层提高了基体生物活性，减缓了基体 腐蚀速率，推动了 3D打印多孔Ti6A14V合金支架在骨组织修复与再生领域的应用。
【附图说明】
[0030] 图1显示了 3D打印多孔Ti6A14V合金支架表面（a-d)及其电泳沉积丝素蛋白涂 层表面（e-h)的SEM形貌。
[0031] 图2是3D打印多孔Ti6A14V支架表面电泳沉积丝素蛋白、丝素蛋白/G0、丝素蛋白 /HA、丝素蛋白/G0/HA涂层的FTIR光谱图。
[0032] 图3是3D打印多孔Ti6A14V支架表面电泳沉积丝素蛋白、丝素蛋白/G0、丝素蛋白 /HA、丝素蛋白/G0/HA涂层的拉曼光谱图。
【具体实施方式】
[0033] 本发明实施例的目的在于帮助进一步理解本发明，但是本领域的技术人员可以理 解：在不脱离本发明及所附的权利要求的精神和范围内，各种替换和修改都是可能的。因 此，本发明不应局限于实施例所公开的内容，本发明要求保护的范围以权利要求书界定的 范围为准。
[0034] 实施例1
[0035] 将桑蚕苗（Bombyx mori cocoon)剪碎，称取5g，然后置于2L 0· 02M Na2CO3溶液 中煮沸30min去除蚕丝表面丝胶蛋白，煮沸结束后用去离子水清洗脱胶丝素蛋白数次并自 然晾干，然后将丝素蛋白在60°C条件下溶解于9M LiBr，待丝素蛋白完全溶解后（约4h)，用 透析膜透析3天，得到质量体积分数为6~9w/v% (g/mL)的丝素蛋白水溶液，存放在4°C 冰箱中待用。
[0036] 实施例2
[0037] 将采用实施例1新鲜配置的8w/v%丝素蛋白（silk)溶液于50ml离心管中，将盖 子拧紧后置于60°C水浴箱中过夜处理。按照表1中成分比例配制沉积液。其中为保证氧化 石墨烯（GO)充分分散在丝素蛋白溶液中，可将200 yLG0溶液先与4. 9mL去离子水混合后， 加入丝素蛋白溶液。羟基磷灰石（HA)纳米颗粒（粒径40nm左右）需先分散在4. 9mL去离 子水和I. ImL乙醇溶液中，超声分散30min后，将HA/去离子水/乙醇溶液加入丝素蛋白溶 液，搅拌均匀。沉积液配制完毕，可静置20~30min后进行沉积。
[0038] 表1丝素蛋白/G0/HA沉积液组成
[0040] 实施例3
[0041] 将3D打印多孔Ti6A14V支架依次置于丙酮、75 %乙醇和去离子水中超声清 洗各15min，60°C干燥lh。室温下用酸液活化3min，酸液配方为硝酸：氢氟酸：水= 28. 8 : 2. 4 : 70 (体积比）。使用实施例3中沉积液为沉积液，316L不锈钢作为阴极，多孔 Ti6A14V支架作为阳极，阴极与阳极相距IOmm放置，两级间施加10V直流电压，沉积时间为 30~45s。沉积结束后，将样品置于90%甲醇溶液中浸泡2h，然后自然干燥。其中裸支架 表面形貌和电泳沉积纯丝素蛋白涂层表面SEM形貌如图1所示。
[0042] 将实施例1至3所得材料采用扫描电子显微镜（SEM)、傅立叶变换红外仪（FTIR)、 拉曼光谱进行表征，如图1~图3所示。
[0043] 从图1可以看出，以Ti6A14V合金粉末为原料，采用电子束熔融技术（Electron Beam Melting-EBM)进行增材制造得到的3D打印金属支架的三维多孔结构，该支架表面较 粗糙，见图1的（a)至（d)。以纯丝素蛋白作为沉积液，电泳沉积后支架表面得到均匀涂敷 的丝素蛋白涂层，见图1的（e)至（h)。
[0044] 从图2可以看出，丝素蛋白/HA、丝素蛋白/G0/HA涂层中由于含有HA，可检测到磷 酸根伸缩振动峰（1039cm1)。所有谱图均在1620cm1和1512cm 1处产生强吸收峰，分别对 应丝素蛋白的酰胺I型和酰胺II型吸收峰。
[0045] 从图3可以看出，丝素蛋白/GO和丝素蛋白/G0/HA涂层中均检测到石墨烯D峰 (~1355cm \由石墨稀边缘结构和面内无序芳香环结构产生）和G峰（~1593cm \由面 内SP2杂化C原子震动产生）；但在丝素蛋白/HA和丝素蛋白/G0/HA中没有检测到磷酸根 Raman吸收峰。所有涂层中均检测到丝素蛋白酰胺I型吸收峰（~1665cm ^，以及β结构 中酰胺I型-CH2基团弯曲振动Raman吸收峰（1229cm 3，1262cm \ 1236cm 1 (酰胺III型） 和1084cm1处吸收峰表明涂层中β结构的存在。
【主权项】
1. 一种功能化多孔支架，是表面具有功能化生物活性纳米复合涂层的3D打印多孔金 属支架，其特征是，所述涂层为丝素蛋白-氧化石墨烯纳米复合涂层，其中氧化石墨烯的质 量分数为〇~〇. 6 %。2. 如权利要求1所述的功能化多孔支架，其特征是，所述3D打印多孔金属支架是3D打 印多孔钛基合金支架。3. 如权利要求2所述的功能化多孔支架，其特征是，所述3D打印多孔金属支架是3D打 印多孔Ti6A14V合金支架。4. 如权利要求1所述的功能化多孔支架，其特征是，所述纳米复合涂层中含有一定量 的可生物降解陶瓷、生物活性高分子、具有杀菌/抑菌作用的金属离子和/或石墨烯衍生 物。5. 如权利要求4所述的功能化多孔支架，其特征是，所述可生物降解陶瓷选自羟基磷 灰石、a -磷酸三钙、0 -磷酸三钙和磷酸氧四钙中的一种或多种的任意组合；所述生物活 性高分子选自聚羟基乙酸、聚乳酸、L-聚乳酸、聚己酸内酯、聚氰基丙烯酸酯、聚对二氧杂环 己烷酮、聚酸酐、聚膦腈、氨基酸类聚合物、聚(6-羟基丁酸酯和羟基戊酸酯及其共聚物中 的一种或多种的任意组合；所述具有杀菌/抑菌作用的金属离子选自铜离子、银离子或锌 离子中的一种或多种的任意组合；所述石墨烯衍生物选自石墨烯、氧化石墨烯、羧基化石墨 烯和氨基化石墨烯中的一种或多种的任意组合。6. 权利要求1~5任一所述功能化多孔支架的制备方法，在3D打印多孔金属支架上通 过电泳沉积法或提拉法制备丝素蛋白-氧化石墨烯纳米复合涂层。7. 如权利要求6所述的制备方法，其特征是，以Ti6A14V合金粉末为原料，采用电子束 熔融技术进行增材制造3D打印多孔Ti6A14V合金支架，然后在其上通过电泳沉积法或提拉 法制备丝素蛋白-氧化石墨烯纳米复合涂层。8. 如权利要求6所述的制备方法，其特征是，采用电泳沉积法制备纳米复合涂层：将3D 打印多孔金属支架作为阳极，置于丝素蛋白-氧化石墨烯沉积液中，在阴极和阳极间施加 5V~lOV/cm直流电压，沉积30s~5min，然后用乙醇或甲醇水溶液浸泡处理1小时，自然 晾干得到涂覆纳米复合涂层的3D打印多孔金属支架。9. 如权利要求8所述的制备方法，其特征是，所述丝素蛋白-氧化石墨烯沉积液中丝素 蛋白浓度为2. 6~3w/v%，氧化石墨稀浓度为0. 1~0. 15mg/mL。10. 如权利要求8所述的制备方法，其特征是，所述丝素蛋白-氧化石墨烯沉积液的溶 剂为10~12v/v%乙醇水溶液。11. 如权利要求6所述的制备方法，其特征是，采用提拉法制备纳米复合涂层：将所述 3D打印多孔金属支架进行酸洗，然后置于以氟化有机溶剂为溶剂的丝素蛋白-氧化石墨烯 溶液中，浸涂后匀速拉出，待溶剂挥发后得到涂覆纳米复合涂层的3D打印多孔金属支架。12. 如权利要求6所述的制备方法，其特征是，通过共沉积或仿生矿化方式将可生物降 解陶瓷加入丝素蛋白-氧化石墨烯纳米复合涂层中。13. 如权利要求6所述的制备方法，其特征是，通过物理涂敷方法将生物活性高分子加 入丝素蛋白-氧化石墨烯纳米复合涂层中。14. 如权利要求6所述的制备方法，其特征是，通过物理吸附法方式将具有杀菌/抑菌 作用的金属离子加入丝素蛋白-氧化石墨烯纳米复合涂层中。15.如权利要求6所述的制备方法，其特征是，通过共沉积方法将石墨烯衍生物加入丝 素蛋白-氧化石墨烯纳米复合涂层中。
【专利摘要】本发明公开了一种表面具有纳米复合涂层的3D打印多孔金属支架及其制备方法，涉及骨组织修复与重建用的功能化多孔支架制备领域。在3D打印多孔Ti6Al4V合金支架等非线性金属表面通过电泳沉积法或提拉法制备丝素蛋白-氧化石墨烯纳米复合涂层，在支架外部和内部表面同时得到结构均一、结合力良好的功能涂层，提高了基体生物活性，减缓了基体腐蚀速率。
【IPC分类】C25D13/12, A61L27/34, A61L27/54, A61L31/02, B22F3/105, B22F3/115, A61L31/16, A61L31/10, A61L27/06
【公开号】CN105126167
【申请号】CN201510458213
【发明人】李明, 成艳, 郑玉峰
【申请人】北京大学
【公开日】2015年12月9日
【申请日】2015年7月30日