有机无机复合花状涂层及其制备方法与流程

文档序号：16937336发布日期：2019-02-22 20:51阅读：220来源：国知局

本发明涉及生物材料领域，具体而言，涉及一种有机无机复合花状涂层及其制备方法。

背景技术：

锌作为新型可降解金属生物材料，受到越来越多的关注。

但是，目前锌的表面改性还是处于一个刚起步的阶段。现有技术中，锌的表面改性研究较少，仅仅只是停留在单一控制锌的腐蚀降解速度或是提高其生物相容性，很难达到腐蚀降解和生物相容性同时兼顾，且极少涉及生物功能复合杂化表面改性策略。

技术实现要素：

本发明的第一目的在于提供一种有机无机复合花状涂层的制备方法，采用该方法制得的有机无机复合花状涂层，通过化学配位驱动生长特殊的花状结构，在表面形貌结构和有机无机组分的协同作用下，提高了生物相容性和生物活性；同时还抑制了锌基体的腐蚀降解速度，调控锌离子的释放。

本发明的第二目的在于提供一种有机无机复合花状涂层，该有机无机复合花状涂层化学成分、表面形貌结构特殊，耐腐蚀性能好，且生物相容性和生物活性好。

为了实现上述目的，本发明实施例采用的技术方案如下：

一种有机无机复合花状涂层的制备方法，包括：将金属基层浸没在磷酸锌溶液和生物活性有机分子溶液的混合溶液中，在36-38℃液相沉积2.5-4小时。

在本发明较佳的实施例中，磷酸锌溶液是将含有锌离子的溶液和含有磷酸二氢根离子的溶液混合后制得。

在本发明较佳的实施例中，含有锌离子的溶液选自硝酸锌溶液；含有磷酸二氢根离子的溶液选自磷酸二氢钠溶液。

在本发明较佳的实施例中，硝酸锌溶液的浓度6-7g/l；磷酸二氢钠溶液的浓度27-29g/l。

在本发明较佳的实施例中，制备磷酸锌溶液时还加入活化溶液。

在本发明较佳的实施例中，活化溶液选自硝酸钙溶液；硝酸钙溶液的浓度8-12g/l。

在本发明较佳的实施例中，生物活性有机分子溶液选自氨基酸溶液、蛋白质溶液或者糖类溶液中的至少一种；其中，氨基酸溶液包括苯丙氨酸溶液和半胱氨酸溶液中的至少一种；蛋白质溶液包括选自牛血清白蛋白溶液；糖类溶液选自壳聚糖溶液。

在本发明较佳的实施例中，苯丙氨酸溶液的浓度1-2mg/ml；半胱氨酸溶液的浓度0.5-1mg/ml；牛血清白蛋白溶液的浓度2-4mg/ml；壳聚糖溶液的浓度0.5-1mg/ml。

在本发明较佳的实施例中，金属基层为锌基层。

一种有机无机复合花状涂层，采用如上述的有机无机复合花状涂层的制备方法制成。

本发明的有益效果是：

本发明提供的一种有机无机复合花状涂层的制备方法，包括：将金属基层浸没在磷酸锌溶液和生物活性有机分子溶液的混合溶液中，在36-38℃液相沉积2.5-4小时。通过将磷酸锌溶液和生物活性有机分子溶液混合后，再采用液相沉积的方法在金属基层上制备复合涂层，通过化学配位原理，有机分子和无机组分复合杂化形成了特殊的花状拓扑结构，不仅保证了有机分子活性和稳定性，而且在无机组分，有机活性分子和特殊花状结构的协同作用下提高了涂层的生物活性、生物相容性，能够诱导活性钙磷盐的沉积，促进成骨细胞的生长、增殖和粘附，且相对于传统的表面光滑涂层而言，我们涂层表面的拓扑结构更有利于细胞的铺展，有利于细胞的三维生长和分化。此外，还能有效的抑制锌基体腐蚀降解速度，调控锌离子的释放。

本发明提供的一种有机无机复合花状涂层，采用如上述的有机无机复合花状涂层的制备方法制成。该有机无机复合杂化的特殊花状涂层结构，具有密度低、高比表面积、表面亲水等优异性能，且在随着涂层的动态降解过程，外层的无机相逐渐降解，暴露出被包裹的有机组分，释放有机分子的活性官能团，能够提高生物相容性，促进组织和细胞的生长。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例提供的有机无机复合花状涂层的扫描电镜图；

图2为本发明实施例提供的有机无机复合花状涂层的xps全谱图；

图3为本发明实施例提供的有机无机复合花状涂层的xps图谱zn元素的高分辨图；

图4为本发明实施例提供的有机无机复合花状涂层的xps图谱o元素的高分辨图；

图5为本发明实施例提供的有机无机复合花状涂层的xps图谱n元素的高分辨图；

图6为本发明实施例提供的有机无机复合花状涂层的极化曲线图；

图7为本发明实施例提供的有机无机复合花状涂层的体外诱导性—磷酸钙沉积扫描电镜图；

图8为本发明实施例提供的有机无机复合花状涂层的成骨细胞实验细胞计数情况图；

图9为本发明实施例提供的有机无机复合花状涂层的成骨细胞实验细胞荧光图谱。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

下面对本发明实施例的有机无机复合花状涂层及其制备方法进行具体说明。

本发明实施例提供的一种有机无机复合花状涂层的制备方法，包括：

s1、金属基层的预处理。

在本实施例中，金属基层选择锌基层。锌是可降解生物材料，选择锌基层在其上制备有机无机复合花状涂层，能够获得良好的生物相容性。进一步地，在锌基层表面制备涂层时，锌基层表面能够原位释放锌离子，这种原位释放的锌离子能够与后续溶液中的磷酸根结合，使得涂层更加稳定。

需要说明的是，在本发明其他可选的实施例中，上述的金属基层也可以选择本领域其他可降解的金属生物材料作为基层。

进一步地，对金属基层进行抛光，抛光至镜面。

通过对金属基层进行抛光，能够将地金属表面的粗糙度，获得光亮、平整的表面。进而能够保证后续在金属基层上制备良好的涂层，提高涂层与金属基层的连接强度。

进一步地，在对金属基层进行抛光前还用砂纸对金属基层进行打磨。可选地，采用水磨砂纸打磨金属基层表面打磨至2000#。

进一步地，对金属基层抛光后还进行超声清洗，进一步地提高金属基层表面的光亮度。

可选地，采用去离子水和无水乙醇在超声条件下清洗各3次，每次5min，取出吹干。

s2、制备磷酸锌溶液。

进一步地，磷酸锌溶液是将含有锌离子的溶液和含有磷酸二氢根离子的溶液混合后制得。从而锌离子能够与磷酸根结合获得稳定的涂层。

进一步可选地，含有锌离子的溶液选自硝酸锌溶液；含有磷酸二氢根离子的溶液选自磷酸二氢钠溶液。

进一步可选地，硝酸锌溶液的浓度6-7g/l；磷酸二氢钠溶液的浓度27-29g/l。

通过选择硝酸锌溶液能够在后续制备涂层时，起到补充锌离子的作用，与锌基层原位释放的锌离子一起，形成具有花状结构的涂层。进一步地，通过在溶液中补充锌离子，进一步地使得获得的花状结构的涂层具有密度低、高比表面积等优异性能。

进一步可选地，制备磷酸锌溶液时还加入活化溶液。

通过在制备磷酸锌溶液时加入活化溶液，进一步地促进了锌离子与磷酸根的结合，进而获得稳定的涂层。

进一步可选地，活化溶液选自硝酸钙溶液；硝酸钙溶液的浓度8-12g/l。硝酸钙中的钙离子能够细化表面结构，增加表面的形核位点，在形核生长的过程中使得晶粒更加均匀和细小，进而改善耐腐蚀性能。

在本发明其他可选的实施例中，上述的硝酸锌可以替换为氧化锌。上述的磷酸二氢钠可以替换为磷酸二氢钾。

进一步地，还对制得的磷酸锌溶液的ph值进行调节。

进一步可选地，采用碱溶液将制得的磷酸锌溶液的ph值调节至4-5。可选的，采用naoh或者koh进行调节。

通过调节磷酸锌溶液的ph值，进一步地保证了涂层反应的环境。

s3、制备生物活性有机分子溶液。

进一步地，生物活性有机分子溶液选自氨基酸溶液、蛋白质溶液或者糖类溶液中的至少一种。

进一步可选地，氨基酸溶液包括苯丙氨酸溶液和半胱氨酸溶液中的至少一种。

进一步可选地，蛋白质溶液选自牛血清白蛋白溶液。

进一步可选地，糖类溶液选自壳聚糖溶液。具体地，上述的壳聚糖溶液采用稀盐酸进行溶解。

进一步可选地，苯丙氨酸溶液的浓度1-2mg/ml；半胱氨酸溶液的浓度0.5-1mg/ml；牛血清白蛋白溶液的浓度2-4mg/ml；壳聚糖溶液的浓度0.5-1mg/ml。

上述的苯丙氨酸溶液和半胱氨酸溶液以及牛血清白蛋白溶液和壳聚糖溶液均对成骨细胞的增殖和生长有一定的促进作用。通过选用上述的各个氨基酸和蛋白质，能够有效地增加后续获得的涂层的生物相容性。

需要说明的是，在本发明其他可选的实施例中，上述的氨基酸溶液和蛋白质溶液也可以选择本领域其他常见的能够对成骨细胞的增殖和生长有一定的促进作用的氨基酸和蛋白质。

s4、将磷酸锌溶液和生物活性分子溶液混合。

通过将磷酸锌溶液和生物活性有机分子溶液混合，使得后续获得的涂层中包裹了有机分子。相对于现有技术中直接在基层上制备生物涂层的方法，这种方法能够有效地保证有机分子的活性，避免了生物分子活性的缺失，极大地增加了后续制得的复合涂层的生物相容性。

进一步地，通过将磷酸锌溶液和生物有机活性分子溶液混合，有机分子能够对锌离子的释放起到一定的控制作用，有效的达到抑制腐蚀速度、控制基底材料缓慢降解的目的。进一步地保证后续获得的涂层具有花状结构。花状拓扑结构使得细胞三维式的生长，且有效的解决了生物小分子装载难、装载量小、释放过快、难以长期发挥作用难题，极大地促进成骨细胞的增殖和生长。

s5、将锌基层放置于混合溶液中于36-38℃液相沉积2.5-4小时。

采用液相沉积的方法，锌表面在溶液中受到一系列的物理、化学作用，在磷酸锌晶体生长部位，生物活性有机分子通过化学配位与晶体结合，随后其他的磷酸锌晶体结合到该有机分子，通过多层次的结合，磷酸锌晶体生长成为花状结构，且这种结构之中包裹着生物活性有机分子，达到了保持有机分子活性、稳定性的作用。

具体地，将金属基层浸没在前述制得的磷酸锌溶液和生物活性有机分子溶液的混合溶液中，在36-38℃液相沉积2.5-4小时。

进一步地，液相沉积结束后，还对制得的产物进行干燥。可选地，采用真空干燥的方式进行干燥。

进一步地，采用液相沉积的方法在锌金属表面沉积磷酸锌复合涂层，能够保证获得具有花状结构的涂层，且该方法步骤简单，操作简便，有利于推广应用。

本发明的一些实施方式还提供一种有机无机复合花状涂层。该复合涂层，不仅对锌的腐蚀降解速度起到了一个调控的作用，在一定程度上减缓锌的腐蚀速度，并且具有良好的生物活性和生物相容性，对成骨细胞的增殖和生长有一定的促进作用。

通过化学配位原理，将有机组分和无机磷酸锌结合在一起，有机组分不仅起到一个“胶水”的角色，将片晶状的无机磷酸锌结合到了一起，调控其结构生长，而且提高了生物相容性，在表面层长期的腐蚀降解过程中，逐渐暴露出有机组分，一定程度上控制了锌离子的释放，而且对成骨细胞的生长有很好的促进作用。

以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述：

实施例1

本实施例提供的一种有机无机复合花状涂层，采用以下步骤制得：