专利名称：一种在骨损伤修复材料表面制备载生长因子涂层的方法
技术领域：
本发明涉及一种在骨损伤修复材料表面制备载生长因子涂层的方法。
背景技术：
金属医用材料合金因其良好的机械性能和生物相容性常作为骨损伤修复材料，也即骨组织的替代材料植入人体内。骨损伤修复材料植入人体后和体内周围环境的相互作用首先发生在表面，而金属材料是生物惰性材料，因此对植入物进行表面改性相当重要。近年来对骨损伤修复材料表面进行改性的方法已经得到广泛的临床应用，尤其在材料表面采用自组装法固载生长因子赋予材料骨诱导性的方式的得到广泛研究。材料表面通过层层自组装的方式构建聚电解质膜，无论材料表面形貌如何，最后均能在其表面得到物理化学性质均一的膜。沉积的聚电解质膜具有良好的生物相容性，且能将具有生物活性的大分子 (蛋白、酶、肽段)或者其他有机物固定在聚电解质多层膜中，既能实现特定的诱导还能实现生物分子的缓慢释放，从而提高骨/植入物界面的骨再生能力。通常聚电解质多层膜的构建是依靠正负电性交替沉积，分子层间是通过静电吸附组装的，这种非交联自组装膜会导致原本电性就很弱的聚电解质在材料表面沉积的力度不够，膜单元层在生物环境中易降解和发生相互扩散，稳定性不高，另一方面，生长因子和其他生物活性分子通过自身电性与聚电解质层通过静电作用组装在膜层间或者直接与自组装膜化学接枝，也使这些生物分子随着聚电解质膜的降解而迅速释放。从而使生物分子的骨诱导作用时间短，效果差。
发明内容
本发明的目的提供一种在骨损伤修复材料表面制备载生长因子涂层的方法，该法在骨损伤修复材料表面制备出的涂层降解缓慢，能实现生长因子的释放控制，其骨诱导作用时间长而可控，骨诱导效果好。本发明实现其发明目的所采用的技术方案是，一种在骨损伤修复材料表面制备载生长因子涂层的方法，包括如下步骤:A、将生长因子溶解于浓度为l_3mg/ml的显负电性的聚多糖溶液，得到生长因子浓度为0.5-10 μ g/ml的混合液,再将混合液与浓度为l_3mg/ml的带氨基的聚阳离子溶液按1: 2-10的体积比混合，并搅拌、离心、冷冻干燥，再溶于水制得浓度为0.5-2mg/ml的带正电荷的载生长因子的微纳球溶液；B、将在溶液中显负电性且含邻二醇的聚多糖配制成浓度为20mg/ml的溶液，再将该溶液在避光条件下与等体积的高碘酸钠水溶液混合、搅拌6h，其中加入的高碘酸钠与聚多糖单体单元的摩尔比为1: 1-2.5;随后再加入与高碘酸钠等摩尔的乙二醇，反应2h;反应后将溶液进行透析、取透析袋中的液体冷冻干燥，再溶于水制得浓度为0.5-2mg/ml的多醛基聚多糖溶液；C、将骨损伤修复材料依次用多巴胺溶液、戊二醛溶液浸泡，使材料表面通过多巴胺接枝戊二醛；D、将C步得到的接枝有戊二醛的骨损伤修复材料浸泡于带氨基的聚阳离子溶液5-10分钟，溶液的聚阳离子浓度为0.5mg/ml-2mg/ml，清洗、干燥后得到外表面层为带氨基的聚阳离子层的骨损伤修复材料；E、将外表面层为表面层为带氨基的聚阳离子层的骨损伤修复材料在B步的多醛基聚多糖溶液中浸泡5-10分钟，清洗、干燥后得到外表面层为多醛基聚多糖层的骨损伤修复材料；F、将E步的骨损伤修复材料在A步得到的微纳球溶液中浸泡5-10分钟，清洗、干燥后得到外表面层为载生长因子微纳球层的骨损伤修复材料；G、将F步得到的骨损伤修复材料在B步的多醛基聚多糖溶液中浸泡5-10分钟，清洗、干燥后得到外表面 层为多醛基聚多糖层的骨损伤修复材料；H、将G步得到的骨损伤修复材料浸泡于C步中的带氨基的聚阳离子溶液5-10分钟，清洗、干燥后得到外表面层为带氨基的聚阳离子层的骨损伤修复材料；重复E-H步的操作5-100次，即在骨损伤修复材料表面制备出载生长因子涂层。与现有技术相比，本发明的有益效果是:一、本发明方法制得的涂层中每一自组装单元膜由里到外有四层，分别为带正电的聚电解质层(带氨基的聚阳离子层)、氧化聚多糖层(带负电)、带正电荷的微纳颗粒、氧化聚多糖层(带负电)；自组装单元膜共有5-100个。相邻单元膜之间通过带氨基的聚阳离子与带有醛基的氧化聚多糖共价结合，而在单元膜间形成交联，同时带氨基的聚阳离子与氧化聚多糖带相反电性，能够发生静电吸附，使得单元膜之间的结合力强，稳定性好，涂层的降解缓慢，能实现生长因子的释放控制，其骨诱导作用时间长而可控，骨诱导效果好。二、单元膜内带正电荷的微纳颗粒通过静电吸附的作用被夹在带负电的两层氧化聚多糖层之间；同时，微纳颗粒上带有氨基，能够与氧化聚多糖上的醛基发生共价结合，使包埋生长因子的微纳颗粒更好地固载于单元膜内。微纳颗粒稳定性好，降解缓慢粒，也使得生长因子的骨诱导作用时间长，骨诱导效果好。三、生长因子-聚阴离子-带氨基的聚阳离子组成微纳球，生长因子包裹于微纳球中，避免了生长因子和氧化聚多糖层或体内的酶的接触与作用，既使其作用时间更长，也能更好地其保持活性保持，使其骨诱导效果更好。四、整个体系由5-100个自组装单元膜构成，可以通过不同的自组装单元膜的聚阳离子、聚阴离子、生长因子的种类和量的不同及其不同的组装顺序等多个因素的调节，实现多生长因子的各种方式的可控释放。上述A步中在溶液中显负电性的聚多糖为海藻酸盐、硫酸软骨素或透明质酸或肝素；B步中在溶液中显负电性且含邻二醇的聚多糖为海藻酸盐、硫酸软骨素或透明质酸。上述A步和D步中的带氨基的聚阳离子为壳聚糖或聚赖氨酸。上述A步中的生长因子为骨形态发生蛋白(BMP)或血管内皮生长因子(VEGF)。上述C步中的骨损伤修复材料为纯钛、钛合金或不锈钢制成的骨损伤修复材料。下面结合实施例对本发明作进一步的描述。
具体实施方式
实施例1一种在骨损伤修复材料表面制备载生长因子涂层的方法，包括如下步骤:A、将生长因子一骨形态发生蛋白(BMP)溶解于浓度为lmg/ml的硫酸软骨素溶液中，得到骨形态发生蛋白浓度为0.5 μ g/ml的混合液,再将混合液与浓度为lmg/ml的壳聚糖溶液按1: 2的体积比混合，并搅拌、离心、冷冻干燥，再溶于水制得浓度为lmg/ml的带正电荷的载骨形态发生蛋白的微纳球溶液；B、将在溶液中显负电性且含邻二醇的海藻酸钠配制成浓度为20mg/ml的溶液，在避光条件下将该溶液与等体积的高碘酸钠水溶液混合、搅拌6h，其中高碘酸钠与海藻酸钠单体单元的摩尔比为1: 2.5，随后再加入与高碘酸钠等摩尔的乙二醇、反应2h ;反应后将溶液进行透析、取透析袋中的液体冷冻干燥，再溶解于水制得浓度为0.5mg/ml的多醛基海藻酸钠溶液；C、将纯钛制成的骨损伤修复材料依次用多巴胺溶液、戊二醛溶液侵泡，使材料表面通过多巴胺接枝戊二醛；D、将C步的接枝有戊二醛的骨损伤修复材料浸泡于浓度为0.5mg/ml壳聚糖溶液5分钟，清洗、干燥后得到外表面层为壳聚糖层的骨损伤修复材料；E、将外表面层为壳聚糖层的骨损伤修复材料在B步的多醛基海藻酸钠溶液中浸泡5分钟，清洗、干燥后得到外表面层为多醛基海藻酸钠层的骨损伤修复材料；F、将E步的骨损伤修复材料在A步制备的微纳球溶液中浸泡5分钟，清洗、干燥后得到外表面层为载骨形态发生蛋白微纳球层的骨损伤修复材料；G、将F步得到的骨损伤修复材料在B步的多醛基海藻酸钠溶液中浸泡5分钟，清洗、干燥后得到外表面层为多醛基海藻酸钠层的骨损伤修复材料；H、将G步得到的骨损伤修复材料浸泡于C步中的壳聚糖溶液5分钟，清洗、干燥后得到外表面层为壳聚糖层的骨损伤修复材料；重复E-H步的操作5次，即在骨损伤修复材料表面制备出载骨形态发生蛋白涂层。涂层中含5个自组装单元膜，每一自组装单元膜中均有一层载骨形态发生蛋白的微纳球涂层。实施例2—种在骨损伤修复材料表面制备载生长因子涂层的方法，包括如下步骤:A、将生长因子一血管内皮生长因子(VEGF)溶解于浓度为2mg/ml的肝素溶液中，得到血管内皮生长因子浓度为10μ g/ml的混合液，再将混合液与浓度为3mg/ml的聚赖氨酸溶液按1: 10的体积比混合，并搅拌、离心、冷冻干燥，再溶于水制得浓度为0.5mg/ml的带正电荷的载血管内皮生长因子的微纳球溶液；B、将在溶液中显负电性且含邻二醇的透明质酸配制成浓度为20mg/ml的溶液，在避光条件下将该溶液与等体积的高碘酸钠水溶液混合、搅拌6h，其中高碘酸钠与透明质酸单体单元的摩尔比为1: 1，随后再加入与高碘酸钠等摩尔的乙二醇、反应2h ;反应后将溶液进行透析、取透析袋中的液 体冷冻干燥，再溶解于水制得浓度为2mg/ml的多醛基透明质酸溶液；C、将钛合金制成的骨损伤修复材料依次用多巴胺溶液、戊二醛溶液侵泡，使材料表面通过多巴胺接枝戊二醛；
D、将C步的接枝有戊二醛的骨损伤修复材料浸泡于浓度为2mg/ml聚赖氨酸溶液10分钟，清洗、干燥后得到外表面层为聚赖氨酸层的骨损伤修复材料；E、将外表面层为聚赖氨酸层的骨损伤修复材料在B步的多醛基透明质酸溶液中浸泡10分钟，清洗、干燥后得到外表面层为多醛基透明质酸层的骨损伤修复材料；F、将E步的骨损伤修复材料在A步制备的微纳球溶液中浸泡10分钟，清洗、干燥后得到外表面层为载血管内皮生长因子微纳球层的骨损伤修复材料；G、将F步得到的骨损伤修复材料在B步的多醛基透明质酸溶液中浸泡10分钟，清洗、干燥后得到外表面层为多醛基透明质酸层的骨损伤修复材料；H、将G步得到的骨损伤修复材料浸泡于C步中的聚赖氨酸溶液10分钟，清洗、干燥后得到外表面层为聚赖氨酸层的骨损伤修复材料；重复E-H步的操作50次，即在骨损伤修复材料表面制备出载血管内皮生长因子涂层。再次重复E-H步的操作50次，将A步中的血管内皮生长因子换成骨形态发生蛋白，得到载骨形态发生蛋白及血管内皮生长因两种生长因子的涂层。涂层中含100个自组装单元膜，由里到外前50个自组装单元膜的每个单元膜中均有一层载血管内皮生长因子的微纳球涂层，而后50个自组装单元膜的每个单元膜中均有一层载骨形态发生蛋白的微纳球涂层。实施例3一种在骨损伤修复材料表面制备载生长因子涂层的方法，包括如下步骤:A、将生长因子一骨形态发生蛋白(BMP)溶解于浓度为3mg/ml的海藻酸钠溶液中，得到骨形态发生蛋白浓度为0.7 μ g/ml的混合液,再将混合液与浓度为2mg/ml的聚赖氨酸溶液按1: 6的体积 比混合，并搅拌、离心、冷冻干燥，再溶于水制得浓度为2mg/ml的带正电荷的载骨形态发生蛋白的微纳球溶液；B、将在溶液中显负电性且含邻二醇的硫酸软骨素配制成浓度为20mg/ml的溶液，在避光条件下将该溶液与等体积的高碘酸钠水溶液混合、搅拌6h，其中高碘酸钠与硫酸软骨素单体单元的摩尔比为1: 2,随后再加入与高碘酸钠等摩尔的乙二醇、反应2h ;反应后将溶液进行透析、取透析袋中的液体冷冻干燥，再溶解于水制得浓度为1.5mg/ml的多醛基硫酸软骨溶液；C、将不锈钢制成的骨损伤修复材料依次用多巴胺溶液、戊二醛溶液侵泡，使材料表面通过多巴胺接枝戊二醛；D、将C步的接枝有戊二醛的骨损伤修复材料浸泡于浓度为1.5mg/ml聚赖氨酸溶液7分钟，清洗、干燥后得到外表面层为聚赖氨酸层的骨损伤修复材料；E、将外表面层为壳聚糖层的骨损伤修复材料在B步的多醛基硫酸软骨素溶液中浸泡7分钟，清洗、干燥后得到外表面层为多醛基硫酸软骨素层的骨损伤修复材料；F、将E步的骨损伤修复材料在A步制备的微纳球溶液中浸泡7分钟，清洗、干燥后得到外表面层为载骨形态发生蛋白微纳球层的骨损伤修复材料；G、将F步得到的骨损伤修复材料在B步的多醛基硫酸软骨素溶液中浸泡7分钟，清洗、干燥后得到外表面层为多醛基硫酸软骨素层的骨损伤修复材料；H、将G步得到的骨损伤修复材料浸泡于C步中的聚赖氨酸溶液7分钟，清洗、干燥后得到外表面层为聚赖氨酸层的骨损伤修复材料；
重复E-H步的操作25次，即在骨损伤修复材料表面制备出载骨形态发生蛋白涂层。涂层中含25个自组装单元膜，每一自组装单元膜中均有一层载骨形态发生蛋白的微纳球涂层。实施例4
本例与实施例3基本相同，不同的是所述A步中在溶液中显负电性的聚多糖为海藻酸钙步中在溶液中显负电性且含邻二醇的聚多糖为海藻酸钙。
权利要求
1.一种在骨损伤修复材料表面制备载生长因子涂层的方法，包括如下步骤: A、将生长因子溶解于浓度为l-3mg/ml的显负电性的聚多糖溶液，得到生长因子浓度为0.5-10 μ g/ml的混合液，再将混合液与浓度为l_3mg/ml的带氨基的聚阳离子溶液按I: 2-10的体积比混合，并搅拌、离心、冷冻干燥，再溶于水制得浓度为0.5-2mg/ml的带正电荷的载生长因子的微纳球溶液； B、将在溶液中显负电性且含邻二醇的聚多糖配制成浓度为20mg/ml的溶液，再将该溶液在避光条件下与等体积的高碘酸钠水溶液混合、搅拌6h，其中加入的高碘酸钠与聚多糖单体单元的摩尔比为1: 1-2.5 ;随后再加入与高碘酸钠等摩尔的乙二醇，反应2h ;反应后将溶液进行透析、取透析袋中的液体冷冻干燥，再溶于水制得浓度为0.5-2mg/ml的多醛基聚多糖溶液； C、将骨损伤修复材料依次用多巴胺溶液、戊二醛溶液浸泡，使材料表面通过多巴胺接枝戊二醛； D、将C步得到的接枝有戊二醛的骨损伤修复材料浸泡于带氨基的聚阳离子溶液5-10分钟，溶液的聚阳离子浓度为0.5mg/ml-2mg/ml，清洗、干燥后得到外表面层为带氨基的聚阳离子层的骨损伤修复材料； E、将外表面层为表面层为带氨基的聚阳离子层的骨损伤修复材料在B步的多醛基聚多糖溶液中浸泡5-10分钟，清洗、干燥后得到外表面层为多醛基聚多糖层的骨损伤修复材料； F、将E步的骨损伤修复材料在A步得到的微纳球溶液中浸泡5-10分钟，清洗、干燥后得到外表面层为载生长因子微纳球层的骨损伤修复材料； G、将F步得到的骨损伤修复材料在B步的多醛基聚多糖溶液中浸泡5-10分钟，清洗、干燥后得到外表面层为多醛基聚多糖层的骨损伤修复材料； H、将G步得到的骨损伤修复材料浸泡于C步中的带氨基的聚阳离子溶液5-10分钟，清洗、干燥后得到外表面层为带氨基的聚阳离子层的骨损伤修复材料； 重复E-H步的操作5-100次，即在骨损伤修复材料表面制备出载生长因子涂层。
2.根据权利要求1所述的一种在骨损伤修复材料表面制备载生长因子涂层的方法，其特征在于:所述A步中在溶液中显负电性的聚多糖为海藻酸盐、硫酸软骨素或透明质酸或肝素步中在溶液中显负电性且含邻二醇的聚多糖为海藻酸盐、硫酸软骨素或透明质酸。
3.根据权利要求1所述的一种在骨损伤修复材料表面制备载生长因子涂层的方法，其特征在于:所述A步和D步中的带氨基的聚阳离子为壳聚糖或聚赖氨酸。
4.根据权利要求1所述的一种在骨损伤修复材料表面制备载生长因子涂层的方法，其特征在于，所述A步中的的生长因子为骨形态发生蛋白(BMP)或血管内皮生长因子(VEGF)。
5.根据权利要求1所述的一种在骨损伤修复材料表面制备载生长因子涂层的方法，其特征在于，所述C步中的骨损伤修复材料为纯钛、钛合金或不锈钢制成的骨损伤修复材料。
全文摘要
一种在骨损伤修复金属材料表面制备载生长因子涂层的方法。它通过层层自组装的方法在材料表面形成5-100个单元膜；单元膜由里到外有四层，分别为带正电的聚电解质层(带氨基的聚阳离子层)、氧化聚多糖层(带负电)、带正电荷的包埋生长因子的微纳颗粒层、氧化聚多糖层(带负电)。单元膜内带正电的微纳颗粒通过静电吸附被夹在带负电的两层氧化聚多糖层之间，其带的氨基，又能与氧化聚多糖的醛基发生共价结合，使微纳颗粒更好地固载于单元膜内。单元膜之间通过带氨基的聚阳离子与带醛基的氧化聚多糖既能共价结合、交联，同时又带相反电性，有静电吸附作用，单元膜间结合力强；涂层稳定性好，降解缓慢，骨诱导作用时间长而可控，骨诱导效果好。
文档编号A61L27/28GK103191469SQ20131011978
公开日2013年7月10日 申请日期2013年4月8日 优先权日2013年4月8日
发明者鲁雄, 董丽, 王振铭, 谢超鸣, 韩璐, 刘敏 申请人:西南交通大学