专利名称：多孔羟基磷酸钙纳米颗粒修饰的钛基钛酸盐纳米线生物支架材料及其制备方法
技术领域：
本发明属于纳米生物材料领域。尤其涉及一种新型的可用于骨移植或者残损修复 的多孔羟基磷酸钙纳米颗粒修饰的钛基钛酸盐纳米线生物支架材料及其制备方法。
背景技术：
由于交通意外、运动创伤、社会老龄化等问题的日益突出以及对高水平生活质量 的追求，人们对医疗器械以及生物医用材料的需求与日俱增，目前临床上广泛使用的骨移 植或者残损修复材料是不锈钢、钛金属或者钛金属及其合金的表面涂覆材料，但其应力屏 蔽效应、有害的离子溶出现象以及骨诱导特性和抗腐蚀能力差等往往会导致植入失败。特 别是植入材料表面不能很好的为细胞的增殖和分化提供生长场所，并且生物相容性较差， 大大的降低了材料的利用率和使用效果。羟基磷酸钙(( (PO4)3OH; HA)是高级脊椎动物的骨骼、牙齿的主要无机成分，具 有良好的生物相容性，植入人体后易与新生骨结合，但由于HA性脆使得在临床上很少单独 使用HA作为承载的生物材料。近年来，在骨移植或残损修复手术中应运而生的是将金属材 料高的强度和韧性以及HA良好的生物相容性相结合的金属表面涂敷HA生物支架材料。然 而，这类材料力学性能偏低，表面孔隙残缺，成形加工较难、价格高等问题，使其进一步的应 用受到限制。理想的人造骨移植或者残损修复生物支架材料至少必须具备一下性能(1)它必 需像羟基磷酸钙那样在化学上具有生物相容性；(2)它必需能提供一定的结构完整性，表 面具有像人体自身硬组织一样的发达的微孔结构；(3)它必需可以将生物分子或者药物导 入该人造材料之中，所说的生物分子例如可以是促进形成骨头的成骨细胞的骨生长蛋白 质，所说药物例如可以是细胞的生长因子或者杀菌因子。现在，从结构和功能化仿生角度出发，研发表面具有发达微孔结构，良好机械性 能、加工性能、生物形容性和力学性能优异的生物支架材料已成为当前生物材料前沿领域 中的一大研究热点。
发明内容
本发明的目的是提供一种多孔羟基磷酸钙纳米颗粒修饰的钛基钛酸盐纳米线生 物支架材料及其制备方法。为实现上述目的，本发明采用的技术方案是该多孔羟基磷酸钙纳米颗粒修饰的 钛基钛酸盐纳米线生物支架材料是由钛酸盐纳米线生长于钛金属基片上构成网格状微孔 结构的钛基钛酸盐纳米线，所述钛基钛酸盐纳米线的表面生长有多孔羟基磷酸钙纳米颗粒涂层。本发明多孔羟基磷酸钙纳米颗粒修饰的钛基钛酸盐纳米线生物支架材料的制备 方法包括如下步骤(1)将钛金属基片于室温下依次在丙酮、无水乙醇溶液中超声清洗，后用蒸馏水冲洗干 净后将该钛金属基片转移到含有NaOH和Ba(OH)2 . SH2O的混合溶液的聚四氟乙烯反应釜 中密封反应，使钛金属基片上生长钛酸盐纳米线得到钛基钛酸盐纳米线，该钛基钛酸盐纳 米线呈网格状微孔结构；将钛基钛酸盐纳米线用去离子水冲洗至中性，并在空气中干燥；
(2)恒电流或恒电压模式下，在三电极反应池中，以步骤(1)最终得到的钛基钛酸盐纳 米线为工作电极，以类体液为沉积液进行沉积以使所述钛基钛酸盐纳米线的表面生长多孔 羟基磷酸钙纳米颗粒，得到多孔羟基磷酸钙纳米颗粒修饰的钛基钛酸盐纳米线生物支架材 料。进一步地，本发明所述NaOH和Ba (OH)2 . 8H20的混合溶液的浓度是0. 1 10 mol/ L0进一步地，本发明所述步骤(1)的密封反应时间为1 16 h、反应温度为100 280 ° C。进一步地，本发明步骤(2)中，所述类体液(SBF)的组成为NaCl: 8. Og/L、 CaCl2: 0. 14 g/L、KCl: 0. 40 g/L、NaHCO3: 0. 35 g/L、Glucose: 1. 00 g/L、KH2PO4: 0. 10 g/L、MgCl2 · 6H20: 0. 10 g/L, Na2HPO4 · 2H20: 0. 06 g/L、MgSO4 · 7H20: 0. 06 g/L。进一步地，本发明步骤(2)中，所述沉积液的pH为8.0 12. 6，沉积温度为室温 90 ° C，沉积电流为-50 50 mA，沉积电压为-4. 0 4. 0 V，沉积时间为0. 5 12 h。与现有技术相比，本发明的有益效果是本发明所获得的钛基钛酸盐纳米线具有 类骨状网格微孔结构，钛基钛酸盐纳米线表面得到了多孔羟基磷酸钙纳米颗粒的修饰，此 生物支架材料表面发达的微孔结构能够为细胞的增殖和分化提供场所，羟基磷酸钙纳米颗 粒的修饰更加有利于细胞的增殖和分化，使得其能够更好地和新生骨结合，有优异的生物 相容性，并且多孔羟基磷酸钙表面和内部存在的大量孔隙结构使本发明生物支架材料具有 良好的机械性能，有利于药物或细胞生长因子的加载和控制释放，能够促进新生骨的进一 步长入，从而实现药物治疗和骨移植或残损修复的双重功效。这种材料达到了结构和功能 化仿生的目的，可作为新一代的骨移植或者残损修复的生物支架材料。与现有技术相比，本发明的突出优点是本发明制备方法所需的设备投资少，原料 低廉且利用率高、生产费用低、工艺简单、易于操作、反应条件温和、便于自动化大量生产以 及所得材料污染少，达到了现代技术对于绿色环保的要求，是一种非常具有前景的制备粒 径和形状可控的纳米微粒的可行方法，通过本发明方法制备的多孔羟基磷酸钙纳米颗粒修 饰的钛基钛酸盐纳米线生物支架材料，是本发明方法优点的集中体现。
图1为本发明中电化学法制备多孔羟基磷酸钙纳米颗粒修饰的钛基钛酸盐纳米 线生物支架材料的装置的结构简图，其中，IM6是提供恒流/恒压的装置，WE为工作电极， RE为参比电极，CE为对极。图2为本发明中溶盐合成法制备的具有网格状微孔结构的钛基钛酸盐纳米线的 扫描电子显微镜(SEM)图。图3为本发明中电化学沉积法制备的多孔羟基磷酸钙纳米颗粒修饰的钛基钛酸 盐纳米线生物支架的SEM图。
图4为本发明中电化学沉积法制备的多孔羟基磷酸钙纳米颗粒修饰的钛基钛酸 盐纳米线生物支架的X射线能量散射(EDX)图谱。图5为本发明中电化学沉积法制备的多孔羟基磷酸钙纳米颗粒修饰的钛基钛酸 盐纳米线生物支架的X射线衍射(XRD)图谱。图6为本发明中电化学沉积法制备的多孔羟基磷酸钙纳米颗粒修饰的钛基钛酸 盐纳米线生物支架在450 ° C (下曲线)和550 ° C (上曲线)煅烧池后的X射线衍射 (XRD)图谱。图7为本发明中电化学沉积法制备的多孔羟基磷酸钙纳米颗粒修饰的钛基钛酸 盐纳米线生物支架的透射电子显微镜(TEM)图。图8为本发明中电化学沉积法制备的多孔羟基磷酸钙纳米颗粒修饰的钛基钛酸 盐纳米线生物支架的高分辨透射电子显微镜(HRTEM)图。图9为本发明中电化学沉积法制备的多孔羟基磷酸钙纳米颗粒修饰的钛基钛酸 盐纳米线生物支架的傅里叶变换红外光谱一衰减全反射(FTIR-ATR)图谱。图10为本发明中电化学沉积法制备的多孔羟基磷酸钙纳米颗粒修饰的钛基钛酸 盐纳米线生物支架在450 ° C (下曲线)和550 ° C (上曲线)煅烧池后的傅里叶变换红 外光谱-衰减全反射(FTIR-ATR)图谱。图11为本发明中电化学沉积法制备的多孔羟基磷酸钙纳米颗粒修饰的钛基钛酸 盐纳米线生物支架做细胞培养实验研究的扫描电子显微镜(SEM)图。其中，A、B、C、D 分别为MG63细胞在此生物支架材料上培养1、3、5、7天SEM图，对应的插入图分别为MG63 细胞在微孔和多孔羟基磷酸钙纳米颗粒修饰过的钛酸盐纳米线上的培养1、3、5、7的生长 状态图。图12为本发明中电化学沉积法制备的多孔羟基磷酸钙纳米颗粒修饰的钛基钛酸 盐纳米线生物支架做细胞培养实验研究的荧光显微镜图。其中，A、B、C、D分别为MG63 细胞在此生物支架材料上培养1、3、5、7天MG63细胞生长状态图，对应的插入图分别为MG63 在此生物支架材料上细胞培养1、3、5、7天细胞核的荧光显微镜图片。图13为本发明中电化学沉积法制备的多孔羟基磷酸钙纳米颗粒修饰的钛基钛酸 盐纳米线生物支架做细胞培养实验研究的四甲基偶氮唑盐(MTT)比色法测定的直方图。图14为本发明中电化学沉积法制备的多孔羟基磷酸钙纳米颗粒修饰的钛基钛酸 盐纳米线生物支架做细胞培养实验研究的碱性磷酸酶(ALP)活性测定的直方图。
具体实施例方式图1是以下实施例中使用电化学沉积法制备多孔状羟基磷酸钙纳米颗粒修饰的 钛基钛酸盐纳米线生物支架的装置结构简图。如图1所示，电化学沉积法制备多孔羟基磷 酸钙纳米颗粒修饰的钛基钛酸盐纳米线的装置结构总体由三部分组成电脑机用户控制图 形软件部分(例如Time-Controlled DC-Measurements软件)、核心IM6恒电流/恒电压输 出部分、反应池部分。以下结合实施例对本发明作进一步说明。实施例1 本实施例按以下步骤进行
(1)溶盐法制备具有网格状微孔结构的钛基钛酸盐纳米线。具体制备方法是钛金属基片于室温下依次在丙酮和无水乙醇溶液中超声清洗20分钟，后用蒸馏水冲洗4次，风干 后将此钛金属基片转移到含有0. 1 mol/L NaOH和Ba(OH)2 . 8H20的混合溶液的聚四氟乙 烯反应釜中密封，在观0 ° C下反应16 h后，得到具有网格状微孔结构的钛基钛酸盐纳米 线，将钛基钛酸盐纳米线用去离子水冲洗至中性，并在空气中干燥。(2)电化学沉积法制备多孔羟基磷酸钙纳米颗粒修饰的钛基钛酸盐纳米线生物 支架。具体制备过程如下在三电极反应池中，采用IM6恒电流/恒电压输出模式，以步骤 (1)溶盐法合成的具有网格状微孔结构的钛基钛酸盐纳米线为工作电极，钼电极为对极，饱 和甘汞电极为参比电极，类体液作为沉积液。类体液(SBF)的组成为NaCl: 8. 0g/L、CaCl2: 0. 14 g/L、KCl: 0. 40 g/L、NaHCO3: 0. 35 g/L、Glucose: 1. 00 g/L、KH2PO4: 0. 10 g/L、 MgCl2 · 6H20: 0. 10 g/L、Na2HPO4 · 2H20: 0. 06 g/L、MgSO4 · 7H20: 0. 06 g/L。沉积液的温 度为室温，沉积液的pH为8.0，沉积电流为-50 mA，沉积电压为-4.0 V，沉积时间为12 h 条件下得到多孔羟基磷酸钙纳米颗粒修饰钛基钛酸盐纳米线生物支架。采用日本HITACHI S-4800扫描电子显微镜在10 kV高压下对钛基钛酸盐纳米线 形貌进行观察分析。由图2可见，由溶盐法制备的具有网格状微孔结构的钛基钛酸盐纳米 线的微孔在5 50 ym之间，形状规则且分布均勻。采用日本HITACHI S-4800扫描电子显微镜在10 kV高压下对多孔羟基磷酸钙纳 米颗粒修饰的钛基钛酸盐纳米线生物支架的形貌进行观察分析。图3为多孔羟基磷酸钙纳 米颗粒修饰的钛基钛酸盐纳米线生物支架的SEM图。由图3可见，多孔羟基磷酸钙纳米颗粒 生长在钛酸盐纳米线上呈现“珍珠项链”状的形貌，多孔羟基磷酸钙纳米颗粒大小在50 500 nm之间，分布均勻，形状规则且钛基钛酸盐纳米线的微孔结构未受影响。采用随日本HITACHI S-4800扫描电子显微镜附配的X射线能谱(EDX)对多孔羟基 磷酸钙纳米颗粒修饰的钛基钛酸盐纳米线生物支架所含有的元素进行分析。图4为多孔羟 基磷酸钙纳米颗粒修饰的钛基钛酸盐纳米线生物支架的EDX图。由图4可见，此生物支架材 料含有钠、镁、钙、磷、钛、氧元素，含有羟基磷酸钙和钛酸盐纳米线所必须的所有元素组成。采用德国Bruker AXS D8 Discover X射线衍射仪以Cu Ka射线(波长λ =0. 15405 nm,扫描步速0. 020° /s)为衍射光源在室温下对多孔羟基磷酸钙纳米颗粒修饰的钛基钛 酸盐纳米线生物支架作X射线衍射(XRD)分析。图5为多孔羟基磷酸钙纳米颗粒修饰的钛 基钛酸盐纳米线生物支架的XRD图。由图5可见，X射线衍射谱图中2 θ在10° 90°有 羟基磷酸钙和钛酸盐纳米线相对应的衍射峰，其中，□代表钛酸盐纳米线对应的衍射峰，· 代表羟基磷酸钙对应的衍射峰，羟基磷酸钙所有的衍射峰均可指标为六方晶型，具有作3/历 的面对称结构，位置都与标准粉末衍射卡(JCPDS 72-1Μ3)的结果相一致。图6为多孔羟 基磷酸钙纳米颗粒修饰的钛基钛酸盐纳米线生物支架经过450 ° C (下曲线)和550 ° C (上曲线)煅烧池后的X射线衍射(XRD)图谱。由图6可见，其XRD图谱并没有发生明显的 变化，由此可见由电化学法制备的多孔羟基磷酸钙纳米颗粒修饰的钛基钛酸盐纳米线生物 支架其结构性能稳定，并不需要煅烧，而现有的大部分制备方法所制备的羟基磷酸钙基本 上都要经过煅烧过程，与现有技术相比此法在一定程度上简化了工艺，降低了成本。采用日本JEM 2100F透射电子显微镜(TEM)在200 kV高压下对其多孔羟基磷酸 钙纳米颗粒修饰的钛基钛酸盐纳米线的形貌进行观察。图7为多孔羟基磷酸钙纳米颗粒修 饰的钛基钛酸盐纳米线生物支架的TEM图。由图7可见，多孔羟基磷酸钙纳米颗粒大小约为100 nm，且呈现多孔状，这进一步的为多孔羟基磷酸钙药物或细胞生长因子的加载和控 制释放提供了依据。图8为多孔羟基磷酸钙纳米颗粒修饰的钛基钛酸盐纳米线生物支架的 HRTEM图。由图8可见，六方的多孔羟基磷酸钙纳米颗粒的晶格条纹间距0.409 nm和0.345 nm分别对应的是其(200)和(002)晶面。采用美国Nicolet 5700 FIlR光谱仪在4000 400 cm —1范围里面对多孔羟基磷 酸钙纳米颗粒修饰的钛基钛酸盐纳米线生物支架作FTIR-ATR分析。图9为多孔羟基磷酸 钙纳米颗粒修饰的钛基钛酸盐纳米线生物支架的FTIR-ATR图。由图9可见，1041 cnT1处为 P043_的ν 3震动峰，3698 cnT1处为0H_组分的吸收震动峰，872 cnT1处可能为CO:的V2震 动峰，其〃3震动峰在1453 cnT1 and 1417 cnT1处，1540 cnT1处C032_震动峰的缺失可能表 明有B型取代的HA的生成，即CO:取代羟基磷酸钙里面的Po/—，这种取代使得此种生物支 架材料更接近于生物体自身的羟基磷酸钙，使得此生物支架能够更好地被生物体本体细胞 和组织接受。图10为多孔羟基磷酸钙纳米颗粒修饰的钛基钛酸盐纳米线生物支架经过450 ° C (下曲线)和550 ° C (上曲线)煅烧3h后的FTIR-ATR图。由图10可见，其FTIR-ATR 图谱并没有发生明显的变化，由此可见由电化学沉积法制备的多孔状羟基磷酸钙纳米颗粒 修饰的钛基钛酸盐纳米线生物支架具有很好的热稳定性。为了更好地了解本发明电化学沉积法制备的多孔羟基磷酸钙纳米颗粒修饰的钛 基钛酸盐纳米线生物支架的生物相容性，进一步对此生物支架还做了细胞培养实验研究。 具体方法如下将此生物支架材料，置于无菌培养板之中，加入体积分数为75%酒精溶液消 毒处理30 min, PBS缓冲液(pH 7. 4)充分浸泡1 h，中间每隔15分钟进行换液，以保证交换 出所有残留酒精，然后置于紫外灯下照射1.5 h，自然风干，灭菌后的生物支架材料用DMEM 培养液(20%胎牛血清，100 U/mL青霉素和100 Pg/mL链霉素)浸泡M h，移入对孔无菌培 养板。取500 μ MG63细胞悬液(1. 0 X IO5个/mL)接种于含生物支架的培养板中，在37 ° C、饱和湿度、体积分数5% CO2培养箱中培养池后，将长方形试样翻转，向另一侧接种相 同浓度的细胞悬液500 μ ,继续培养2 h。然后每孔加入1 mL DMEM培养液，培养板置于 37 ° C、饱和湿度、体积分数5% 0)2培养箱内培养，次日换液，以后隔天换培养液一次，共培 养7天。为了了解本发明电化学沉积法制备的多孔羟基磷酸钙纳米颗粒修饰的钛基钛酸 盐纳米线生物支架上细胞培养后细胞的生长状态情况，进一步对此生物支架上的细胞进行 扫描电子显微镜研究分析。具体方法如下取培养1天的含有样品的培养板，用PBS缓冲液 (pH 7. 4)清洗样品2次，吸出清洗液，用体积分数为10%、20%、30%、50%、60%、70%、80%、90%的 酒精溶液对培养细胞后的生物支架进行梯度脱水处理，每个体积分数下脱水处理20分钟， 最后用无水乙醇脱水处理3 5次，每次15分钟，吸出酒精，自然风干后即可进行SEM的扫 描。与此类似，3、5、7天的培养细胞后的生物支架也照上述步骤进行操作。为了了解本发明电化学沉积法制备的多孔羟基磷酸钙纳米颗粒修饰的钛基钛酸 盐纳米线生物支架上细胞培养后细胞的生长状态情况，进一步对此生物支架上的细胞进行 荧光显微镜研究分析。具体方法如下取培养1天的含有生物支架的培养板，用PBS缓冲 液(pH 7. 4)清洗样品2次，每次5分钟，后吸出清洗液，在室温下，加入500 μ 1 2. 5%的戊 二醛固定细胞10分钟，用含0. 1% Triton X_100的PBS洗涤样品3次，每次5分钟，后吸出 洗涤液，加入500 μ 1 Actin-Tracker Green (微丝绿色荧光探针)在培养箱中放置60分钟，后用含0. 1% Triton X-100的PBS洗涤生物支架3次，每次5分钟，后吸出洗涤液，加 入500 μ 1 DAPI染色液，室温下放置10分钟，用含0. 1% Triton X-100的PBS洗涤样品 3次，每次5分钟，完成后即可进行荧光显微镜的拍摄。与此类似，3、5、7天的样品也照上述 步骤进行操作。为了更好地了解本发明多孔羟基磷酸钙纳米颗粒修饰的钛基钛酸盐纳米线生物 支架的细胞活性和生物相容性，进一步对此生物支架做四甲基偶氮唑盐(MTT)比色法和碱 性磷酸酶(ALP)活性测定分析。MTT法测定过程如下生物支架分别在细胞接种培养1、3、 5、7天后，用无血清的DMEM细胞培养液冲洗该生物支架，以去除未贴壁的细胞，并将细胞 /支架材料复合物移入新的无菌培养板中。每孔加入1 mL无血清的培养液和500 μ MTT 贮存液(5 mg/mL),37 ° C培养箱中继续培养4 h，在此过程中有紫色物质在支架上形成， 小心吸取培养液，加入500 μ DMS0，并不断振荡，使紫色沉淀全部溶解，取200 μ 溶解液转 入对孔板中，酶标仪测定其在570 nm处的光密度值(0D)。以纯DMEM培养液(即无生物 支架材料)培养时的0D570为基准，计算细胞增殖能力，每次均做3个平行实验试样，取其平 均值。ALP法测定过程如下将接种培养1、3、5、7天后的生物支架从培养液中取出，用 PBS缓冲液(pH 7. 4)冲洗2次，加入700 μ 消化液静置5分钟，用吸管轻轻吹打数次，后 再加入含血清培养基终止消化，充分挤出生物支架中液体后，离心收集细胞。以PBS缓冲 液(pH 7. 4)漂洗细胞，再加入500 μ TritonX-IOO (2%)细胞裂解液，反复冻融3次裂解 细胞。用分光光度仪测定细胞裂解液在520 nm处的光密度值(OD)后，计算ALP活性。每 次均做3个平行实验试样，取其平均值。
其中，ALP (金氏单位U/100 mL)=(测定管OD/标准管0D) X标准管含酚量(0.005 mg) X (100 mL/0. 05 mL)
采用日本HITACHI S-4800扫描电子显微镜在10 kV高压下对细胞培养后的多孔羟基 磷酸钙纳米颗粒修饰的钛基钛酸盐纳米线生物支架上的细胞的形貌进行观察分析。图11 为多孔羟基磷酸钙纳米颗粒修饰的钛基钛酸盐纳米线生物支架做细胞培养实验研究的扫 描电子显微镜(SEM)图。A、B、C、D分别为MG63细胞在此支架材料上培养1、3、5、7天 的SEM图，相对应插入图为MG63细胞在此生物支架的微孔和羟基磷酸钙纳米颗粒修饰的钛 酸盐纳米线上的生长状态图。由图11可见，MG63经过7天的培养后在此生物支架材料上 铺展的很开，基本上将羟基磷酸钙纳米颗粒修饰的钛酸盐纳米线所包裹，MG63细胞在此支 架材料上具有良好的粘附、增殖能力。采用美国1X71，Olympus倒置荧光显微镜在蓝光(激发波长420 485 nm)和绿光 (激发波长460 550 nm)下对MG63细胞在此生物支架材料上的生长形貌进行观察分析。 图12为多孔羟基磷酸钙纳米颗粒修饰的钛基钛酸盐纳米线生物支架做细胞培养实验研究 的倒置荧光显微镜图。A、B、C、D分别为MG63细胞在此支架材料上培养1、3、5、7天 MG63细胞生长状态图，对应的插入图为MG63细胞核的荧光显微镜图片。由图12可见，MG63 经过7天的培养后在此生物支架材料上有很好的增殖和分化现象，与SEM细胞电镜图片结 果一致。采用美国Bio-RAD Model680酶标仪对样品进行标定，计算其MTT值和ALP值。图 13细胞培养实验研究的MTT比色法测定直方图，图14为细胞培养实验研究的ALP活性测定直方图，其中，TN代表钛基钛酸盐纳米线，HA-TN代表多孔羟基磷酸钙纳米颗粒修饰的钛基 钛酸盐纳米线生物支架。由图13和图14可见，与单纯的钛基钛酸盐纳米线相比，MG63细 胞在多孔羟基磷酸钙纳米颗粒修饰的钛基钛酸盐纳米线生物支架上具有良好的粘附、增殖 能力，并可引起早期的骨分化。实施例2 本实施例按以下步骤进行
(1)溶盐法制备的具有网格状微孔结构的钛基钛酸盐纳米线。具体制备方法是钛金 属基片于室温下依次在丙酮和无水乙醇溶液中超声清洗20 min，后用蒸馏水冲洗4次，风 干后将此钛金属基片转移到含有5. 0 mol/L NaOH和Ba(OH)2 . 8H20的混合溶液的聚四氟 乙烯反应釜中密封，在200 ° C下反应8 h后，得到具有网格状微孔结构的钛基钛酸盐纳米 线，将钛基钛酸盐纳米线用去离子水冲洗至中性，并在空气中干燥。(2)电化学沉积法制备多孔羟基磷酸钙纳米颗粒修饰的钛基钛酸盐纳米线生物支 架。制备过程如下在三电极反应池中，采用IM6恒电流/恒电压输出模式，以步骤(1)溶 盐法合成的具有网格状微孔结构的钛基钛酸盐纳米线为工作电极，钼电极为对极，饱和甘 汞电极为参比电极，以类体液(SBF)作为沉积液(类体液的组成与实施例1相同)，沉积液温 度为37 ° C，沉积液的pH为9. 6，沉积电流为-10 mA，沉积电压为-2. 0 V，沉积时间为5 h条件下得到多孔羟基磷酸钙纳米颗粒修饰的钛基钛酸盐纳米线生物支架。对所得的具有网格状微孔结构的钛基钛酸盐纳米线采用与实施例1相同的扫描 电子显微镜进行观察分析，所得的结果和实施例1相同，其微孔在5 50 ym之间，形状规 则且分布均勻。对所得的多孔羟基磷酸钙纳米颗粒修饰的钛基钛酸盐纳米线生物支架采用与实 施例1相同的SEM、XRD、TEM、HRTEM、FTIR-ATR研究分析，所得的结果和实施例1相同。对所得的多孔羟基磷酸钙纳米颗粒修饰的钛基钛酸盐纳米线生物支架采用与实 施例1相同的细胞培养实验研究以及相应的SEM、荧光显微镜和MTT、ALP实验研究分析，所 得的结果和实施例1相同。实施例3 本实施例按以下步骤进行
(1)溶盐法制备的具有网格状微孔结构的钛基钛酸盐纳米线。具体制备方法是钛金属 基片于室温下依次在丙酮和无水乙醇溶液中超声清洗20 min，后用蒸馏水冲洗4次，风干 后将此钛金属基片转移到含有10 mol/L NaOH和Ba(OH)2 . 8H20的混合溶液的聚四氟乙烯 反应釜中密封，在100 ° C下反应1 h后，得到具有网格状微孔结构的钛基钛酸盐纳米线， 将钛基钛酸盐纳米线用去离子水冲洗至中性，并在空气中干燥。(2)电化学沉积法制备多孔羟基磷酸钙纳米颗粒修饰的钛基钛酸盐纳米线生物支 架。制备过程如下在三电极反应池中，采用IM6恒电流/恒电压输出模式，以步骤(1)溶 盐法合成的具有网格状微孔结构的钛基钛酸盐纳米线为工作电极，钼电极为对极，饱和甘 汞电极为参比电极，以类体液(SBF)为沉积液(类体液的组成与实施例1相同)，沉积液温度 为90 ° C，沉积液的pH为12. 6，沉积电流为50 mA，沉积电压为4. 0 V，沉积时间为0. 5 h 条件下得到多孔羟基磷酸钙纳米颗粒修饰的钛基钛酸盐纳米线生物支架。对所得的具有网格状微孔结构的钛基钛酸盐纳米线采用与实施例1相同的扫描 电子显微镜进行观察分析，所得的结果和实施例1相同，其微孔在5 50 ym之间，形状规 则且分布均勻。
对所得的多孔羟基磷酸钙纳米颗粒修饰的钛基钛酸盐纳米线生物支架采用与实 施例1相同的SEM、XRD、TEM、HRTEM、FTIR-ATR研究分析，所得的结果和实施例1相同。对所得的多孔羟基磷酸钙纳米颗粒修饰的钛基钛酸盐纳米线生物支架采用与实 施例1相同的细胞培养实验研究以及相应的SEM、荧光显微镜和MTT、ALP实验研究分析，所 得的结果和实施例1相同。
权利要求
1.一种多孔羟基磷酸钙纳米颗粒修饰的钛基钛酸盐纳米线生物支架材料，其特征是 它是由钛酸盐纳米线生长于钛金属基片上构成网格状微孔结构的钛基钛酸盐纳米线，所述 钛基钛酸盐纳米线的表面生长有多孔羟基磷酸钙纳米颗粒涂层。
2.一种多孔羟基磷酸钙纳米颗粒修饰的钛基钛酸盐纳米线生物支架材料的制备方法， 其特征是，包括如下步骤(1)将钛金属基片于室温下依次在丙酮、无水乙醇溶液中超声清洗，后用蒸馏水冲洗干 净后将该钛金属基片转移到含有NaOH和Ba(OH)2 . SH2O的混合溶液的聚四氟乙烯反应釜 中密封反应，使钛金属基片上生长钛酸盐纳米线得到钛基钛酸盐纳米线，该钛基钛酸盐纳 米线呈网格状微孔结构；将钛基钛酸盐纳米线用去离子水冲洗至中性，并在空气中干燥；(2)恒电流或恒电压模式下，在三电极反应池中，以步骤(1)最终得到的钛基钛酸盐纳 米线为工作电极，以类体液为沉积液进行沉积以使所述钛基钛酸盐纳米线的表面生长多孔 羟基磷酸钙纳米颗粒，得到多孔羟基磷酸钙纳米颗粒修饰的钛基钛酸盐纳米线生物支架材 料。
3.根据权利要求2所述的多孔羟基磷酸钙纳米颗粒修饰的钛基钛酸盐纳米线生物支 架材料的制备方法，其特征是所述NaOH和Ba (OH)2 . SH2O的混合溶液的浓度是0. 1 10 mol/L0
4.根据权利要求2所述的多孔羟基磷酸钙纳米颗粒修饰的钛基钛酸盐纳米线生物 支架材料的制备方法，其特征是所述步骤(1)的密封反应时间为1 16 h、反应温度为 100 280 ° C。
5.根据权利要求2所述的多孔羟基磷酸钙纳米颗粒修饰的钛基钛酸盐纳米线生物 支架材料的制备方法，其特征是步骤(2)中，所述类体液(SBF)的组成为NaCl: 8. Og/L、 CaCl2: 0. 14 g/L、KCl: 0. 40 g/L、NaHCO3: 0. 35 g/L、Glucose: 1. 00 g/L、KH2PO4: 0. 10 g/L、MgCl2 · 6H20: 0. 10 g/L, Na2HPO4 · 2H20: 0. 06 g/L、MgSO4 · 7H20: 0. 06 g/L。
6.根据权利要求2所述的多孔羟基磷酸钙纳米颗粒修饰的钛基钛酸盐纳米线生物支 架材料的制备方法，其特征是步骤(2)中，所述沉积液的pH为8. 0 12. 6，沉积温度为室 温 90 ° C，沉积电流为-50 50 mA,沉积电压为-4. 0 4. 0 V，沉积时间为0. 5 12 h。
全文摘要
本发明公开一种多孔羟基磷酸钙纳米颗粒修饰的钛基钛酸盐纳米线生物支架材料及其制备方法，属于纳米生物材料领域。该生物支架材料是由钛酸盐纳米线生长于钛金属基片上构成网格状微孔结构的钛基钛酸盐纳米线，所述钛基钛酸盐纳米线的表面生长有多孔羟基磷酸钙纳米颗粒涂层。本发明通过在钛基钛酸盐纳米线上修饰多孔羟基磷酸钙纳米颗粒，可以有效地提高钛基钛酸盐纳米线的生物相容性和生物诱导性；同时，多孔的羟基磷酸钙表面和内部存在大量孔隙，不仅有利于药物或细胞生长因子的加载和控制释放，而且能够促进新生骨的进一步长入，从而实现药物治疗和骨移植或残损修复的双重功效。
文档编号A61L27/06GK102100927SQ20111002427
公开日2011年6月22日 申请日期2011年1月22日 优先权日2011年1月22日
发明者董文钧, 赵海新 申请人:浙江理工大学