专利名称：一种以多巴胺为桥连的生物医用材料表面固定功能分子的方法
技术领域：
本发明涉及组织工程用基材的生物活性化改性，尤其涉及一种以多巴胺为桥连的生物医用材料表面固定功能分子的方法。
背景技术：
组织工程是一个涉及到医学、化学、生物学、材料学等多学科、多领域的交叉研究课题。在组织工程的研究中，将功能分子有效的固定到生物医用材料表面，构建生物活化支架材料是其中的重要环节，其直接影响到目的细胞和目的蛋白酶的活性和功能表达。功能
分子是指具有某些特定功能的高分子材料。它们之所以具有特定的功能，是由于在其分子链中结合了特定的功能基团，或分子与具有特定功能的其他材料进行了复合，或者二者兼而有之。功能分子通过特异的、高亲和性的与细胞膜上的受体结合，最终刺激细胞增殖并产生其它生物学效应的多肽类物质。功能分子可传递、转换或贮存物质、能量和信息，从而影响周围组织细胞的生长、增殖及分化。功能分子对靶细胞的作用表现为多功能性。以肝素和透明质酸为例。肝素是一种较常用的抗凝血剂，能增强抗凝血酶与凝血酶的亲和力，加速凝血酶的失活，抑制血小板的粘附聚集，增加血管壁的通透性，并可调控血管新生，因此是需要迅速达到抗凝作用的首选药物。透明质酸能使细胞保持彼此分离，能使水分进入细胞间隙，并与蛋白质结合而形成蛋白凝胶，将细胞粘在一起，发挥正常的细胞代谢作用，起到保持细胞水分，保护细胞不受病原菌的侵害，加快恢复皮肤组织，提高创口愈合再生能力，减少疤痕，增强免疫力等作用。通过将这类功能分子组装到基材表面，可以赋予基材不同的功能特点，最终将基材功能化。功能分子与生物医用材料的复合是实现生物医用材料生物活性化的重要手段，复合有功能分子的生物医用材料可具有不同的功能特点。传统的复合技术主要有物理吸附法和化学固定法。而简单的物理吸附不能达到稳定固定功能分子的目的，而化学方法固定则有可能使功能分子丧失其生物活性。
发明内容
本发明的目的是提供一种简便易行的以多巴胺为桥连的生物医用材料表面固定功能分子的方法。本发明的以多巴胺为桥连的生物医用材料表面固定功能分子的方法，包括以下步骤
(1)将去除氧化层及表面污溃的生物医用材料浸泡于含O.l-3mg/ml多巴胺的缓冲液中，该缓冲液为IOmM的Tris-HCl缓冲液，其pH值为8. 5，浸泡反应I一36小时，反应温度4一60°C，然后移至蒸馏水中漂洗O. 1—100分钟，再用氮气吹干；
(2)将吹干后的固定有多巴胺的生物医用材料浸泡于浓度为O.l-3mg/ml功能分子的缓冲液中，该缓冲液为PBS缓冲液，其pH值为7. 4，反应I一36小时，浸泡反应温度为4一37°c，然后移至蒸馏水中漂洗O. I —100分钟，最后用氮气吹干，即可获得固定了功能分子的生物医用材料。本发明中，所说的生物医用材料是镍钛合金，钴铬合金，聚乙交酯，聚丙交酯，丙交酯与乙交酯的共聚物或聚已内酯。所说的功能分子可以是肝素、透明质酸、硫酸软骨素、壳聚糖、氨基酸或硫醇。所说的蒸馏水可以是双蒸水，三蒸水或Milli-Q水。本发明中，多巴胺在缓冲液中的优选浓度为I一2mg/ml。本发明步骤(I)中，生物医用材料在多巴胺溶液中优选浸泡反应时间为12 — 24小时，反应温度为25— 50°C。步骤(O生物医用材料在蒸馏水中优选漂洗时间为10 — 30分钟。本发明中，功能分子的优选浓度为I一2mg/ml。本发明步骤(2)中，固定有多巴胺的生物医用材料在功能分子中优选浸泡反应时间为12 — 24小时，反应温度为25—30°C。步骤(2)中固定有功能分子的生物医用材料在蒸馏水中优选漂洗时间为10 — 30分钟。本发明以多巴胺为桥连介质，利用其在一定pH环境下较强的自聚合特性组装到 生物医用材料表面形成聚多巴胺层，然后利用化学反应将功能分子接枝到聚多巴胺层上，构建具有生物活性的生物医用材料。本发明的优点
该方法充分利用了多巴胺在一定pH条件下的自聚合特性，通过聚多巴胺与带有特定功能的功能分子发生化学反应，从而达到将功能分子固定到生物医用材料表面的目的。该生物医用材料范围广，可以是金属材料、无机材料、有机高分子材料等。本方法采用先聚合，在生物医用材料表面留下可反应的活性基团，再接枝固定功能分子，在解决组装物质稳定化问题的同时又不破坏功能分子的功能，特别适合对功能分子功能要求严格的生物活化改性。该方法适用于能与聚多巴胺发生化学反应的功能分子，具有应用的广泛性。通过本发明可以制备出具有特定功能的生物活性化的组织工程支架，可以广泛地应用于心脏、血管、皮肤、软骨、骨、神经、肌腱、心脏瓣膜等多种组织工程支架改性。
图I为组装肝素前后镍钛合金表面接触角的变化
图2a为组装了肝素前后镍钛合金表面整体元素含量的变化 图2b为组装了肝素前后镍钛合金表面Ti 2p元素含量的变化 图2c为组装了肝素前后镍钛合金表面S 2p元素含量的变化 图3a为未组装多巴胺和肝素的镍钛合金的表面SEM图 图3b为组装了多巴胺未组装肝素的镍钛合金的表面SEM图 图3c为组装了多巴胺和肝素的镍钛合金的表面SEM图 图4为组装肝素前后的镍钛合金的抗凝血性能的变化 图5为组装多巴胺和肝素前后的镍钛合金的拓扑形貌的变化
具体实施例方式下面结合实施例对本发明作详细说明。实例I :
一种以多巴胺为桥连的生物医用材料表面固定功能分子的方法，包括以下步骤(1)将去除氧化层及表面污溃的镍钛合金浸泡于含2mg/ml多巴胺的缓冲液中，该缓冲液为IOmM的Tris-HCl，其pH值为8. 5，浸泡反应24小时，反应温度50°C，然后移至双蒸水中漂洗20分钟，再用氮气吹干；
(2)将吹干后的固定有多巴胺的镍钛合金浸泡于浓度为2mg/ml肝素的缓冲液中，该缓冲液为PBS缓冲液，其pH值为7. 4，反应12小时，浸泡反应温度为37 °C。然后移至双蒸水中漂洗10分钟，最后用氮气吹干，即可获得固定了肝素的镍钛合金。组装了聚多巴胺和肝素后分别用DSA10-MK2型表面张力仪测定其接触角的变化从而跟踪化学反应的发生(图
I)。由图I可见，随着组装过程的发生，镍钛合金表面的接触角也同时发生了变化，证明了这两种物质先后组装到了镍钛合金的表面。组装了肝素后用XPS分析仪测定表面元素的含量变化从而跟踪化学反应的发生(图2a、图2b、图2c)。由图2a、图2b、图2c可见，随着组装过程的发生，镍钛合金表面的元素及含量也同时发生了变化，证明了这两种物质先后组装到了镍钛合金的表面。
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组装了肝素后应用扫描电子显微镜(SEM)观测其表面形貌的变化(图3a、图3b、图3c)。结果显示，组装了肝素后镍钛合金表面呈现大量的聚合物，证明了两种物质先后组·装到了镍钛合金的表面。应用原子力扫描探针显微镜(AFM)观测其表面拓扑形貌在组装前后的变化(图
4)。结果显示，组装了肝素后镍钛合金表面拓扑形貌及粗糙度发生了明显的变化，证明了两
种物质先后组装到了镍钛合金的表面。
权利要求
1.一种以多巴胺为桥连的生物医用材料表面固定功能分子的方法，其特征在于包括以下步骤 (1)将去除氧化层及表面污溃的生物医用材料浸泡于含O.l-3mg/ml多巴胺的缓冲液中，该缓冲液为IOmM的Tris-HCl缓冲液，其pH值为8. 5，浸泡反应I一36小时，反应温度4一60°C，然后移至蒸馏水中漂洗O. 1—100分钟，再用氮气吹干； (2)将吹干后的固定有多巴胺的生物医用材料浸泡于浓度为O.l-3mg/ml功能分子的缓冲液中，该缓冲液为PBS缓冲液，其pH值为7. 4，反应I一36小时，浸泡反应温度为4一37°C，然后移至蒸馏水中漂洗O. I —100分钟，最后用氮气吹干，即可获得固定了功能分子的生物医用材料。
2.根据权利要求I所述的以多巴胺为桥连的生物医用材料表面固定功能分子的方法，其特征在于所说的生物医用材料是镍钛合金、钴铬合金、聚乙交酯、聚丙交酯、丙交酯与乙交酯的共聚物或聚已内酯。
3.根据权利要求书I所述的一种以多巴胺为桥连的生物医用材料表面固定功能分子的方法，其特征在于多巴胺在缓冲液中的浓度为I一2mg/ml。
4.根据权利要求I所述的以多巴胺为桥连的生物医用材料表面固定功能分子的方法，其特征在于步骤(I)生物医用材料在多巴胺溶液中浸泡反应12 — 24小时，反应温度为25— 50°C。
5.根据权利要求I所述的以多巴胺为桥连的生物医用材料表面固定功能分子的方法，其特征在于步骤(I)生物医用材料在蒸馏水中漂洗10 — 30分钟。
6.根据权利要求I所述的以多巴胺为桥连的生物医用材料表面固定功能分子的方法，其特征在于功能分子的浓度为I一2mg/mL·
7.根据权利要求I所述的以多巴胺为桥连的生物医用材料表面固定功能分子的方法，其特征在于步骤(2)固定有多巴胺的生物医用材料在功能分子中浸泡反应12 — 24小时，反应温度为25—30°C。
8.根据权利要求I所述的以多巴胺为桥连的生物医用材料表面固定功能分子的方法，其特征在于步骤(2)固定有功能分子的生物医用材料在蒸馏水中漂洗10 — 30分钟。
9.根据权利要求I所述的以多巴胺为桥连的生物医用材料表面固定功能分子的方法，其特征在于所说的功能分子是肝素、透明质酸、硫酸软骨素、壳聚糖、氨基酸或硫醇。
10.根据权利要求书I所述的一种以多巴胺为桥连的生物医用材料表面固定功能分子的方法，其特征在于所说的蒸馏水是双蒸水，三蒸水或Milli-Q水。
全文摘要
本发明公开了一种以多巴胺为桥连的生物医用材料表面固定功能分子的方法。该方法以多巴胺为桥连介质，首先利用其在一定pH环境下较强的自聚合特性组装到生物医用材料表面形成聚多巴胺层，然后利用化学反应将功能分子接枝到聚多巴胺层上，构建具有生物活性的生物医用材料表面。该方法不破坏功能分子的生物活性，而且可以通过调控反应时间改变聚多巴胺层的组装厚度，从而改变表面功能分子的接枝率。该方法工艺简单可行，重复性好，可以广泛地应用于介入材料、组织工程材料等生物医用材料的表面功能化改性，具有较好的临床应用前景。
文档编号A61L27/28GK102813963SQ20121033166
公开日2012年12月12日 申请日期2012年9月10日 优先权日2012年9月10日
发明者高长有, 马列, 刘云云 申请人:高长有