氧化石墨烯修饰人工韧带的制备方法与流程

本发明涉及一种氧化石墨烯修饰人工韧带的制备方法，属于医疗耗材技术领域。

背景技术

膝关节前交叉韧带损伤重建是运动医学领域手术量最大的的术式，目前常用的移植物包括自体、异体和人工移植物三大类。聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)人工韧带作为人工移植物的一种选择，目前占据主要市场份额，多篇临床随访研究报道其术后中短期疗效较好且安全性令人满意，仅有的少量长期随访研究也给出了正面答案。但由于pet材料本身存在疏水性、组织相容性差等问题，致使目前临床术后部分患者存在诸如滑膜炎、感染等并发症；且前交叉韧带重建术后关节液内的炎症因子会对关节内结构及骨道再塑产生破坏，导致术后疗效不佳。因此，改善pet人工韧带的亲疏水性、提高组织相容性、增加抗菌抗炎性能，从而减少由于术后感染给患者增添的病痛显得非常迫切。

氧化石墨烯(go)是石墨烯的一种氧化衍生物，作为一种新型纳米材料，其抗菌性能在2010年由中国科学院上海应用物理所黄庆林课题组首先报道，目前氧化石墨烯的抗菌机理经研究显示主要分为物理破坏理论、氧化应激理论和磷脂抽提理论，由于其对细菌的杀灭作用不会产生抗性并造成环境污染，故在应对感染、炎症中的前景十分广阔。此外，由于氧化石墨烯材料本身拥有极薄的片层厚度、极大的比表面积、高孔隙率和较高的力学性能，因此能够在不影响pet人工韧带力学性能和孔隙率的情况下负载于表面并提高基底材料的亲水性和生物相容性，促进细胞粘附、增殖，能够解决pet人工韧带本身的材料缺陷，从而促进人工移植物与宿主骨的整合并在术后预防可能出现的滑膜炎、感染等并发症。至今的研究显示，目前并没有对内植物人工韧带应用氧化石墨烯涂层预防术后感染、炎症的相关文献和专利报道。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对上述现有技术存在的缺陷，提供一种氧化石墨烯涂层修饰人工韧带的制备方法；主要解决人工韧带在临床应用中可能导致的感染、炎症问题。本发明利用石墨烯类材料能够机械破坏细胞膜并氧化胞内代谢物质，且不易产生耐药的优势，在人工韧带表面进行氧化石墨烯涂层修饰，制备亲水性佳，骨传导性良好，具有预防感染、炎症作用的新型表面改性pet人工韧带，以减少膝关节前交叉韧带损伤重建术后可能发生的感染、炎症等并发症，加强人工移植物与宿主骨的整合。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明提供了一种氧化石墨烯修饰人工韧带的制备方法，其包括如下步骤：

将人工韧带进行去污后，用紫外光照射；

将紫外光照射后的所述人工韧带与氧化石墨烯溶液相接触，在人工韧带的表面接枝出氧化石墨烯涂层，得到氧化石墨烯修饰人工韧带。

作为优选方案，所述氧化石墨烯溶液的浓度为0.1～5mg/ml。

作为优选方案，所述氧化石墨烯的制备方法为brodie法、staudenmanier法或hummers法。

作为优选方案，所述紫外光的功率为100～200w，波长为120～380nm，照射时间为15～45min。

作为优选方案，所述人工韧带在经紫外光照射后，需在5min以内与氧化石墨烯溶液相接触。

作为优选方案，所述人工韧带的材料为pet。

作为优选方案，所述人工韧带与氧化石墨烯溶液相接触的方式为浸泡法、移液法、喷洒法或静电喷涂法。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、氧化石墨烯表面涂层可改善pet人工韧带的亲疏水性、生物相容性，并使其具有一定的预防感染、炎症的作用，促进人工移植物与宿主骨整合；

2、该制备方法可在医用pet人工韧带表面形成较为均匀的涂层，涂层结合力牢靠、稳定性良好；

3、本制备过程简单、条件温和、节能环保、成本低廉，具有良好的市场应用前景。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明中实施例1制备的人工韧带在修饰石墨烯前后的水接触角对比；

图2为mc3t3-e1细胞在本发明中实施例1制备的人工韧带在材料表面培养1、3、5天后的cck-8结果(*，p<0.05；****,p<0.0001)。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

实施例1

将pet材料人工韧带置于超声清洗仪中清洗15min，去离子水冲洗2遍，室温真空烘干备用。

将清洗干燥后的人工韧带置于功率100w，波长185nm的紫外灯下密闭空间内照射30min，使人工韧带表面产生微量o3。

在室温条件下，以去离子水为溶剂，将2.5mg的氧化石墨烯粉末溶解于5ml去离子水中，置于超声震荡仪中40℃震荡20min，得到浓度为0.5mg/ml的氧化石墨烯溶液。

1min内，将表面负载有微量o3的pet人工韧带浸泡于0.5mg/ml的氧化石墨烯溶液中，使体系中的氧化石墨烯能够充分与经过紫外灯照射表面改性的pet材料人工韧带充分反应，静置反应30min后用镊子轻轻提拉取出。

将反应完毕的人工韧带置于真空干燥箱中37℃真空干燥备检测。

通过水接触角检测可发现，pet材料编织布片的水接触角从初始的91°减小为51.4°。如图1a和图1b所示。

使用mc3t3-e1细胞通过cck-8法对材料进行细胞生物相容性检测，采用24孔板进行培养，每组设4个副孔，每孔种植细胞1×10⁴个/cm²，培养1、3、5天，结果显示，材料的细胞生物相容性良好。如图2所示。

实施例2

将pet材料人工韧带置于超声清洗仪中清洗20min，去离子水冲洗3遍，室温真空烘干备用。

将清洗干燥后的人工韧带置于功率300w，波长250nm的紫外灯下密闭空间内照射15min，使人工韧带表面产生微量o3。

在室温条件下，以去离子水为溶剂，将10mg的氧化石墨烯粉末溶解于5ml去离子水中，置于超声震荡仪中37℃震荡40min，得到浓度为2mg/ml的氧化石墨烯溶液。

3min内，将表面负载有微量o3的pet人工韧带浸泡于2mg/ml的氧化石墨烯溶液中，使体系中的氧化石墨烯能够充分与经过紫外灯照射表面改性的pet材料人工韧带充分反应，静置反应60min后用镊子轻轻提拉取出。

将反应完毕的人工韧带置于真空干燥箱中40℃真空干燥。

通过水接触角检测发现，pet材料编织布片的水接触角从初始的91°减小为69.7°。

使用mc3t3-e1细胞通过cck-8法对材料进行细胞生物相容性检测，采用24孔板进行培养，每组设4个副孔，每孔种植细胞1×10⁴个/cm²，培养1、3、5天，结果显示，材料的细胞生物相容性良好。

实施例3

将pet材料人工韧带置于超声清洗仪中清洗10min，去离子水冲洗5遍，室温真空烘干备用。

将清洗干燥后的人工韧带置于功率200w，波长360nm的紫外灯下密闭空间内照射45min，使人工韧带表面产生微量o3。

在室温条件下，以去离子水为溶剂，将20mg的氧化石墨烯粉末溶解于5ml去离子水中，置于超声震荡仪中50℃震荡30min，得到浓度为4mg/ml的氧化石墨烯溶液。

4min内，将表面负载有微量o3的pet人工韧带浸泡于4mg/ml的氧化石墨烯溶液中，使体系中的氧化石墨烯能够充分与经过紫外灯照射表面改性的pet材料人工韧带充分反应，静置反应80min后用镊子轻轻提拉取出。

将反应完毕的人工韧带置于真空干燥箱中室温真空干燥。

通过水接触角检测发现，pet材料编织布片的水接触角从初始的91°减小为62.9°。

使用mc3t3-e1细胞通过cck-8法对材料进行细胞生物相容性检测，采用24孔板进行培养，每组设4个副孔，每孔种植细胞1×10⁴个/cm²，培养1、3、5天，结果显示，材料的细胞生物相容性良好。

对比例1

首先将10×10cm25μm厚铜箔(99.9％)通过卷曲方式放置到直径为8cm的cvd反应炉中。然后在ar气气氛下，3kpa条件下升温到l000℃，ar气流量保持在200sccm(lsccm＝lml/min)，升温速率为l0℃/min。当铜箔达到目标温度后，通入h2气还原退火，流量为65sccm，ar气流量与温度保持不变。20min后，通入50sccm甲烷、65sccmh2和200sccmar气。生长10min后，关闭甲烷和氢气，在ar气气氛下以10℃/s随炉降到室温，得到生长在铜箔上的均匀单层石墨烯。

将现场制备的石墨烯铜箔以3000r/min旋涂7％聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)。旋涂后将铜箔放于150℃加热板上烘烤15min固胶。然后将烘烤后的铜箔放于lmol/l硫酸铵溶液中溶解24h，腐蚀cu基体。再将铜基体腐蚀后得到漂浮于硫酸铵溶液表面的粘附有单层石墨烯的pmma薄膜，转移至去离子水中备用。

将得到的pmma膜转移至pet编织布片上。然后在60℃干燥箱中将转移有pmma膜的编织布片烘干。再将干燥后的编织布片浸入丙酮中12h，将pmma溶解完全，使pmma粘附的单层石墨烯转移至编织布片上，得到转移有单层石墨烯的编织布片。无水乙醇冲洗布片，去除丙酮残留。再用去离子水冲洗去除乙醇残留。最后60℃干燥箱中烘干pet编织编织布片。

通过水接触角检测发现，pet材料编织布片的水接触角从初始的91°减小为57.6°。通过对比，可见该对比例实施步骤较本法实施步骤繁琐，且得到效果类似，体现了本法的有效与简便。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。