一种医用不锈钢材料及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种医用不锈钢材料及其制备方法，其具有抗细菌粘附、杀菌和促成骨细胞生长功能，其包括：医用不锈钢基体、第一附着层和第二附着层。本发明所述第一附着层为3-(三氟甲基)苄基硫醇附着层，第二附着层为聚乙二醇类化合物附着层，且在第二附着层的表面吸附有银纳米颗粒。本发明既提高聚乙二醇类化合物在不锈钢表面的附着能力，防止脱落，又利用聚乙二醇类化合物提高不锈钢抗细菌粘附能力，避免细菌在不锈钢表面粘附繁殖，并利用银纳米颗粒增强不锈钢的杀菌能力。本发明在引入聚乙二醇类化合物附着层的过程中利用分子印迹方法，使不锈钢材料具有对成骨细胞分子有效识别的功能，有利于成骨细胞在该材料表面固定生长。
【专利说明】一种医用不锈钢材料及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及生物医用材料的表面改性领域，尤其涉及一种医用不锈钢材料及其制 备方法。 技术背景
[0002] 医用不锈钢硬度高，重量适中，价格便宜，制作方便，但是不锈钢本身没有抗菌和 杀菌的能力，所以在将医用不锈钢用作牙齿种植和骨种种植时很容易发生感染，严重时会 危及人的生命，因此，需要提高不锈钢的抗菌性能和杀菌能力。
[0003] 细菌在材料表面的生长可以分成三步：首先是细菌在材料表面的粘附，然后是细 菌的繁殖，最后形成稳定的生物膜。因此具备抵抗细菌粘附功能和杀菌能力的材料，可有效 避免细菌产生的感染问题。乙二醇类化合物对材料表面修饰被认为是抵抗细菌粘附最有效 的方法，而在材料表面引入银也具有良好的杀菌能力。但是这两种方法都不能提供成骨细 胞在材料表面的固定和生长。
[0004] 银离子具有良好的杀菌效果，将银纳米颗粒引入到材料表面，将大大的提高材料 的杀菌能力。
[0005] Southern在1975年首先提出：当模板分子（印迹分子）与聚合物单体接触时会 形成多重作用点，通过聚合过程这种作用就会被记忆下来，当模板分子除去后，聚合物中就 形成了与模板分子空间构型相匹配的具有多重作用点的空穴，这样的空穴将对模板分子及 其类似物具有选择识别特性-这就是分子印迹技术。
[0006] 因此，开发一种新的医用不锈钢材料及其制备方法，引入乙二醇类化合物提高材 料抗细菌粘附能力，引入银纳米颗粒提高材料的杀菌能力，同时利用分子印迹的技术在不 锈钢材料表面引入与成骨细胞相匹配的作用点提高材料促成骨细胞功能非常重要。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的在于针对一般生物医用材料的不足，提供一种医用不锈钢材料及其 制备方法，首先引入3_(三氟甲基）苄基硫醇附着层，再引入聚乙二醇类化合物附着层，既 提高聚乙二醇类化合物在不锈钢表面的附着能力，防止脱落，又利用聚乙二醇类化合物提 高不锈钢抗细菌粘附能力，避免细菌在不锈钢表面粘附繁殖。
[0008] 本发明的另一个目的是，在引入聚乙二醇类化合物附着层的过程中利用分子印迹 方法，使不锈钢材料具有对成骨细胞分子有效识别的功能，有利于成骨细胞在该材料表面 固定生长。
[0009] 本发明还在聚二乙醇类化合物附着层的表面引入银纳米颗粒，提高材料的杀菌能 力，避免发生细菌感染。
[0010] 本发明提供的技术方案是：
[0011] 一种医用不锈钢材料，其具有抗细菌粘附、杀菌和促成骨细胞生长功能，其中，所 述包括：
[0012] 医用不锈钢基体；
[0013] 第一附着层，其为3_(三氟甲基）苄基硫醇附着层，其附着在所述基体的表面，通 过配位键与所述基体相连；
[0014] 第二附着层，其为聚乙二醇类化合物附着层，其附着在所述基体的表面，所述聚乙 二醇类化合物由甲基丙烯酸2-(2-甲氧基乙氧基）乙酯和双甲基丙烯酸乙二醇酯在乙醇环 境下发生交联反应得到；
[0015] 其中，第二附着层中还具有与成骨细胞空间构型相匹配的空穴；
[0016] 此外，第二附着层表面还吸附有银纳米颗粒。
[0017] 优选的是，所述的医用不锈钢材料中，所述空穴是使用分子印迹方法，在所述甲基 丙烯酸2-(2-甲氧基乙氧基）乙酯和双甲基丙烯酸乙二醇酯发生交联反应的过程中引入成 骨细胞，然后再使用胶原酶去除成骨细胞得到的。
[0018] 一种医用不锈钢材料的制备方法，其中，所述包括以下步骤：
[0019] 步骤一、预处理：不锈钢片表面用碳化硅砂纸400号至1000号顺序抛光，然后用 丙酮、乙醇和蒸馏水依次超声30分钟，80°C真空干燥，然后将钛片浸泡于体积分数为5%的 3_(甲基丙烯酰氧）丙基三甲氧基硅烷的乙醇溶液中，浸泡1小时，蒸馏水洗净，干燥，得到 产物1 ;
[0020] 步骤二、分子印迹方法结合表面引发原子转移自由基聚合法进行表面改性：将甲 基丙烯酸2-(2-甲氧基乙氧基）乙酯和双甲基丙烯酸乙二醇酯加入水和乙醇中，搅拌均匀， 加入成骨细胞，搅拌均勻；加入面积为IX Icm2产物1，加入CuBr和α-溴代苯乙酸甲酯，通 氮气保护下100°C反应30分钟后得到产物2 ;
[0021] 步骤三、引入银纳米颗粒：将产物2加入银纳米颗粒的水溶液中，浸泡30-60分钟， 蒸馏水洗净得到产物3 ;
[0022] 步骤四、后处理：将产物3放入装有1 % I型胶原酶2ml的瓶中，消化30秒后取出， 蒸馏水洗净后超声10分钟，取出于80°C真空干燥，得到本发明的产品。
[0023] 优选的是，所述的医用不锈钢材料的制备方法中，所述银纳米颗粒的粒径为10-50 纳米，用量为〇· 5-lmol。
[0024] 优选的是，所述的医用不锈钢材料的制备方法中，所述甲基丙烯酸2-(2-甲氧基 乙氧基）乙酯的用量为I. 7-1. 9mol，所述双甲基丙烯酸乙二醇酯用量为0. 2-0. 4mol，所述 水的用量为40-60ml，所述乙醇用量为10-20ml。
[0025] 优选的是，所述的医用不锈钢材料的制备方法中，所述成骨细胞的密度为2 X IO4/ ml，用量为 0· 5-2ml。
[0026] 优选的是，所述的医用不锈钢材料的制备方法中，所述CuBr和α -溴代苯乙酸甲 酯的用量分别为〇· 05-0. Imol和0· 01-0. 05mol。
[0027] 本发明具有以下有益效果：首先，本发明首先在不锈钢基体上引入3_(三氟甲基） 苄基硫醇附着层，再引入聚乙二醇类化合物附着层，既提高了聚乙二醇类化合物在不锈钢 表面的附着能力，防止脱落，又利用聚乙二醇类化合物提高了不锈钢抗细菌粘附能力，避免 细菌在不锈钢表面粘附繁殖。
[0028] 其次，本发明在引入聚乙二醇类化合物附着层的过程中利用分子印迹方法，先将 成骨细胞引入聚乙二醇类化合物附着层中，再利用胶原酶将成骨细胞去除，使聚乙二醇类 化合物附着层形成与成骨细胞空间构型相匹配的空穴，使不锈钢材料具有对成骨细胞分子 有效识别的功能。利用该方法制备的材料在作为植入体植入体内后，有利于成骨细胞在该 材料表面固定生长。
[0029] 再次，本发明在聚乙二醇类化合物附着层的表面引入银纳米颗粒，提高材料的杀 菌能力，避免细菌感染。
[0030] 最后，本发明利用砂纸对不锈钢基体表面进行打磨，用去离子水和丙酮对不锈钢 基体表面进行超声清洗，减少不锈钢表面氧化膜对附着层的影响，增大附着层和不锈钢表 面的接触面积，提高附着层和不锈钢基体的结合力。
【专利附图】
【附图说明】
[0031] 图1为本发明所述不锈钢材料与传统不锈钢对成骨细胞增殖活性影响的比较结 果对照图。
【具体实施方式】
[0032] 下面结合实施例对本发明做详细说明，以令本领域普通技术人员参阅本说明书后 能够据以实施。
[0033] 如图1、表1和表2所示，
[0034] 一种医用不锈钢材料，其具有抗细菌粘附、杀菌和促成骨细胞生长功能，其中，所 述包括：
[0035] 医用不锈钢基体，其表面经过砂纸抛光后，再利用丙酮、乙醇和蒸馏水超声清洗；
[0036] 第一附着层，其为3_(三氟甲基）苄基硫醇附着层，其附着在所述基体的表面，通 过配位键与所述基体相连；
[0037] 第二附着层，其为聚乙二醇类化合物附着层，其附着在所述基体的表面，所述聚乙 二醇类化合物由甲基丙烯酸2-(2-甲氧基乙氧基）乙酯和双甲基丙烯酸乙二醇酯在乙醇环 境下发生交联反应得到；
[0038] 其中，第二附着层中还具有与成骨细胞空间构型相匹配的空穴；
[0039] 此外，第二附着层表面还吸附有银纳米颗粒，所述银纳米颗粒甲基丙烯酸 2-(2-甲氧基乙氧基）乙酯中的羧基吸附黏贴在所述附着层表面，被所述颗粒的粒径为 10-50纳米，其分布在第二附着层的表面以及空穴中；
[0040] 所述的医用不锈钢材料中，所述空穴是使用分子印迹方法，在所述甲基丙烯酸 2-(2-甲氧基乙氧基）乙酯和双甲基丙烯酸乙二醇酯发生交联反应的过程中引入成骨细 胞，然后再使用胶原酶去除成骨细胞得到的，所述乙脂和醇脂交联反应后形成一种网络结 构的较稳定的聚乙二醇类化合物分子，在反应的过程中引入成骨细胞，待反应完毕后将成 骨细胞去除，即可在聚乙二醇类化合物的结构中留下能与成骨细胞空间构型相匹配的空 穴。
[0041] 一种医用不锈钢材料的制备方法，其中，所述包括以下步骤：
[0042] 步骤一、预处理：不锈钢片表面用碳化硅砂纸400号至1000号顺序抛光，然后用 丙酮、乙醇和蒸馏水依次超声30分钟，80°C真空干燥，然后将钛片浸泡于体积分数为5%的 3_(甲基丙烯酰氧）丙基三甲氧基硅烷的乙醇溶液中，浸泡1小时，蒸馏水洗净，干燥，得到 产物I ;
[0043] 步骤二、分子印迹方法结合表面引发原子转移自由基聚合法进行表面改性：将甲 基丙烯酸2-(2-甲氧基乙氧基）乙酯和双甲基丙烯酸乙二醇酯加入水和乙醇中，搅拌均匀， 加入成骨细胞，搅拌均勻；加入面积为IX Icm2产物1，加入CuBr和α-溴代苯乙酸甲酯，通 氮气保护下100°C反应30分钟后得到产物2 ;
[0044] 步骤三、引入银纳米颗粒：将产物2加入银纳米颗粒的水溶液中，浸泡30-60分钟， 蒸馏水洗净得到产物3 ;
[0045] 步骤四、后处理：将产物3放入装有1 % I型胶原酶2ml的瓶中，消化30秒后取出， 蒸馏水洗净后超声10分钟，取出于80°C真空干燥，得到本发明的产品。
[0046] 所述的医用不锈钢材料的制备方法中，所述银纳米颗粒的粒径为10-50纳米，用 量为 0. 5-lmol。
[0047] 所述的医用不锈钢材料的制备方法中，所述甲基丙烯酸2-(2-甲氧基乙氧基）乙 酯的用量为I. 7-1. 9mol，所述双甲基丙烯酸乙二醇酯用量为0. 2-0. 4mol，所述水的用量为 40-60ml，所述乙醇用量为10-20ml。
[0048] 所述的医用不锈钢材料的制备方法中，所述成骨细胞的密度为2X104/ml，用量为 0· 5_2ml 〇
[0049] 所述的医用不锈钢材料的制备方法中，所述CuBr和α -溴代苯乙酸甲酯的用量分 别为 0· 05-0. Imol 和 0· 01-0. 05mol。
[0050] 实施例1
[0051] -、产品制备
[0052] 不锈钢片表面用碳化娃砂纸400号至1000号顺序抛光，然后用丙酮、乙醇和蒸 馏水依次超声30分钟，80°C真空干燥，然后将钛片浸泡于体积分数为5%的3_(甲基丙烯 酰氧）丙基三甲氧基硅烷的乙醇溶液中，浸泡1小时，蒸馏水洗净，干燥，得到产物1 ;将 I. 8mol甲基丙烯酸2-(2-甲氧基乙氧基）乙酯、0· 3mol双甲基丙烯酸乙二醇酯加入50ml 水和15ml乙醇中，搅拌均勻，加入ImL密度为2 XioVml的成骨细胞，搅拌均匀；加入面积 为1父1〇112产物1，加入0.05111〇1(：11&'，0.01111〇1〇-溴代苯乙酸甲酯，通氮气保护下1〇〇1： 反应30分钟得到产物2 ;将产物2加入银纳米颗粒的水溶液中，浸泡30-60分钟，蒸馏水洗 净得到产物3,将产物3放入装有1 % I型胶原酶2ml的瓶中，消化30秒后取出，蒸馏水洗 净后超声10分钟，取出于80°C真空干燥，得到本发明的产品。
[0053] 二、抗细菌粘附性能实验
[0054] 实验过程：每个试样表面接种Iml浓度为IO5的菌液在37°C培养Id后，培养液用 来检测试样的杀菌率；试样取出用PBS轻轻漂洗3次以去除未粘附的细菌，然后试样上粘附 的细菌用超声振荡（40W)5min洗脱到Iml蒸馏水中，洗脱液用来检测试样表面粘附细菌中 的活菌数，计算试样的抗细菌粘附性能；用倍比稀释和涂布培养法检测活菌数。
[0055] 实验结果：
[0056] 表1本发明产物对各细菌的杀菌率和抗粘附率
[0057]
【权利要求】
1. 一种医用不锈钢材料，其具有抗细菌粘附、杀菌和促成骨细胞生长功能，其特征在 于，所述包括： 医用不锈钢基体； 第一附着层，其为3-(三氟甲基）苄基硫醇附着层，其附着在所述基体的表面，通过配 位键与所述基体相连； 第二附着层，其为聚乙二醇类化合物附着层，其附着在所述基体的表面，所述聚乙二醇 类化合物由甲基丙烯酸2-(2-甲氧基乙氧基）乙酯和双甲基丙烯酸乙二醇酯在乙醇环境下 发生交联反应得到； 其中，第二附着层中还具有与成骨细胞空间构型相匹配的空穴； 此外，第二附着层表面还吸附有银纳米颗粒。
2. 如权利要求1所述的医用不锈钢材料，其特征在于，所述空穴是使用分子印迹方法， 在所述甲基丙烯酸2-(2-甲氧基乙氧基）乙酯和双甲基丙烯酸乙二醇酯发生交联反应的过 程中引入成骨细胞，然后再使用胶原酶去除成骨细胞得到的。
3. -种如权利要求1所述的医用不锈钢材料的制备方法，其特征在于，所述包括以下 步骤： 步骤一、预处理：不锈钢片表面用碳化硅砂纸400号至1000号顺序抛光，然后用丙酮、 乙醇和蒸馏水依次超声30分钟，80°C真空干燥，然后将钛片浸泡于体积分数为5%的3-(甲 基丙烯酰氧）丙基三甲氧基硅烷的乙醇溶液中，浸泡1小时，蒸馏水洗净，干燥，得到产物 1 ; 步骤二、分子印迹方法结合表面引发原子转移自由基聚合法进行表面改性：将甲基丙 烯酸2-(2-甲氧基乙氧基）乙酯和双甲基丙烯酸乙二醇酯加入水和乙醇中，搅拌均匀，加入 成骨细胞，搅拌均勻；加入面积为IX lcm2产物1，加入CuBr和α-溴代苯乙酸甲酯，通氮气 保护下l〇〇°C反应30分钟后得到产物2 ; 步骤三、引入银纳米颗粒：将产物2加入银纳米颗粒的水溶液中，浸泡10-60分钟，蒸馏 水洗净得到产物3 ; 步骤四、后处理：将产物3放入装有1% I型胶原酶2ml的瓶中，消化30秒后取出，蒸 馏水洗净后超声10分钟，取出于80°C真空干燥，得到本发明的产品。
4. 如权利要求3所述的医用不锈钢材料的制备方法，其特征在于，所述银纳米颗粒的 粒径为10-50纳米，用量为0· 5-lmol。
5. 如权利要求3所述的医用不锈钢材料的制备方法，其特征在于，所述甲基丙烯 酸2-(2-甲氧基乙氧基）乙酯的用量为1.7-1. 9mol，所述双甲基丙烯酸乙二醇酯用量为 0. 2-0. 4mol，所述水的用量为40-60ml，所述乙醇用量为10-20ml。
6. 如权利要求3所述的医用不锈钢材料的制备方法，其特征在于，所述成骨细胞的密 度为 2 X 104/ml，用量为 0· 5-2ml。
7. 如权利要求3所述的医用不锈钢材料的制备方法，其特征在于，所述CuBr和α-溴 代苯乙酸甲酯的用量分别为0. 05-0. lmol和0. 01-0. 05mol。
【文档编号】A61L27/50GK104258463SQ201410522169
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年9月30日 优先权日:2014年9月30日
【发明者】李培源, 苏炜, 霍丽妮, 陈睿 申请人:广西中医药大学