用于诱导组织修复的医用材料、其制备方法及应用与流程

本发明涉及医用材料技术领域，且特别涉及用于诱导组织修复的医用材料、其制备方法及应用。

背景技术：

心血管材料在研发设计几代产品之后，仍然存在材料植入晚期及极晚期动脉再狭窄方面问题。常常需要在产品前期表面进行促表面细胞生长，晚期及极晚期动脉进行抗狭窄设计，以保证植入材料在服役环境下的自适应性，同时对平滑肌细胞具有惰性甚至增殖的作用，以减少晚期及极晚期动脉再狭窄问题的出现。

现在临床上使用的介入支架材料往往不具有特异性，植入的损伤部位由于外部时刻变化的环境急需快速的修复，且由于自身材料的缺陷以及病变条件下无法提供一个对材料表面细胞选择性生长的微环境。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种用于诱导组织修复的医用材料及其制备方法，旨在材料表面固定具有抗凝效果且接载锌离子的纳米颗粒，以增加内皮细胞和平滑肌细胞的细胞活力。

本发明的另一目的在于提供上述用于诱导组织修复的医用材料在制备血管支架中的应用，能够使制备得到的血管支架促进内皮细胞和平滑肌细胞的增殖，避免材料植入晚期及极晚期动脉再狭窄问题。

本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。

本发明提出了一种用于诱导组织修复的医用材料的制备方法，包括如下步骤：

将锌盐溶液与多聚赖氨酸溶液混合后再与肝素盐溶液混合得到纳米颗粒悬浊液；

将沉积有聚多巴胺涂层的待负载材料在纳米颗粒悬浊液中浸泡；

优选地，锌盐溶液与多聚赖氨酸溶液的混合过程中是将锌盐溶液滴加至多聚赖氨酸溶液中；

肝素盐溶液采用滴加的方式进行混合得到纳米颗粒悬浊液。

本发明还提出一种用于诱导组织修复的医用材料，其在具有多巴胺涂层的待负载材料上负载有带有锌离子的纳米颗粒；

优选地，纳米颗粒由锌盐溶液与多聚赖氨酸溶液混合后再与肝素盐溶液混合得到；

优选地，待负载材料选自硅片、载玻片和不锈钢中的任意一种；更优选为不锈钢。

上述医用材料以及上述制备方法制备得到的医用材料在制备血管支架中的应用。

本发明实施例提供一种用于诱导组织修复的医用材料的制备方法的有益效果是：其通过先将锌盐和多聚赖氨酸溶液混合使多聚赖氨酸上的氨基基团与锌离子配位形成螯合物，然后通过螯合物中多聚赖氨酸所带正电荷与具有很强负电荷的肝素进行静电结合形成纳米颗粒；最后通过将具有聚多巴胺涂层的待负载材料在纳米颗粒悬浊液中浸泡后，使纳米颗粒表面暴露出的氨基基团与材料表面的多巴胺涂层上的酚羟基进行迈克尔加成和西氟碱反应接到材料表面。

本发明实施例还提供一种用于诱导组织修复的医用材料，其是在具有多巴胺涂层的待负载材料上负载有带有锌离子的纳米颗粒，形成的材料具有抗凝效果，且能够增加内皮细胞和平滑肌细胞的细胞活力。上述医用材料可以在制备血管支架中得到应用，能够使制备得到的血管支架促进内皮细胞和平滑肌细胞的增殖，避免材料植入晚期及极晚期动脉再狭窄问题。

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为本发明用于诱导组织修复的医用材料的制备原理图；

图2为内皮细胞的荧光图；

图3为平滑肌细胞的荧光图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。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。

下面对本发明实施例提供的用于诱导组织修复的医用材料、其制备方法及应用进行具体说明。

本发明实施例提供了一种用于诱导组织修复的医用材料的制备方法，其包括如下步骤：

s1、在待负载材料上沉积聚多巴胺涂层

具体地，沉积有聚多巴胺涂层的待负载材料的制备过程包括：将待负载材料在三羟甲基氨基甲烷和多巴胺形成的混合溶液中浸泡6-12h。多巴胺可以与高浓度三羟甲基氨基甲烷混合可发生自聚合反应，在材料表面形成涂层。三羟甲基氨基甲烷的浓度可以为1-2mg/ml，多巴胺的浓度可以为1-3mg/ml。

需要补充的是，在材料上沉积聚多巴胺涂层的操作可以根据需要进行选择，如直接采用已经沉积有聚多巴胺涂层的材料则本步骤不再进行。

在一些实施例中，浸泡完成后，将材料进行清洗并烘干。通过较长时间的浸泡后材料表面形成聚多巴胺涂层，然后再用清水等进行多次洗涤烘干即可。

具体地，待负载材料选自硅片、载玻片和不锈钢中的任意一种；优选为不锈钢。待负载材料的材质可以为多种，不限于以上列举的几种，采用不锈钢便于负载和实验操作。可以根据需要应用的具体元器件的材质需求进行材料的选择。

在一些实施例中，可以根据选择待负载材料的种类对材料进行打磨、抛光等操作，同时配合超声清洗剂用清水、丙酮、无水乙醇进行清洗，以使锌离子更容易沉积在材料表面。

s2、纳米颗粒悬浊液的制备

结合图1，将锌盐溶液与多聚赖氨酸溶液混合后再与肝素盐溶液混合得到纳米颗粒悬浊液。通过先将锌盐和多聚赖氨酸溶液混合使多聚赖氨酸上的氨基基团与锌离子配位形成螯合物，然后通过螯合物中多聚赖氨酸所带正电荷与具有很强负电荷的肝素进行静电结合形成纳米颗粒。发明人发现，采用本发明实施例中制备得到的纳米颗粒将锌负载在材料上后能够在使用过程中缓慢释放，且由于肝素的加入使纳米颗粒具备抗凝血的效果。

肝素(heparin)结构中含有大量的硫酸根基团，是目前发现的负电性最强的生物分子。在临床上常被用作抗凝剂，在治疗血栓症、血栓静脉炎及血栓栓塞症以及实施支架植入手术中都得到广泛应用。本发明充分利用了肝素本身显著的抗凝血效果，增加材料表面的抗凝血性能。同时，肝素通过和各类生长因子以及补体配体结合，更加多元化的调节机体。

需要补充的是，纳米颗粒悬浊液的制备过程中反应顺序对纳米颗粒的形成具有重要影响，若采用锌盐先与肝素盐混合再与多聚赖氨酸溶液混合的方式则不能形成纳米颗粒，不能达到良好的缓释效果以及促进内皮细胞和平滑肌细胞的增殖的效果。

优选地，锌盐溶液与多聚赖氨酸溶液的混合过程中是将锌盐溶液滴加至多聚赖氨酸溶液中；肝素盐溶液也是采用滴加的方式进行混合。采用滴加的方式避免反应速率过快形成团聚，影响纳米颗粒的粒径，以保证纳米颗粒在材料上的均匀负载。

具体地，多聚赖氨酸溶液中所用多聚赖氨酸的重均分子量为150-300kda，多聚赖氨酸溶液的浓度为0.3-1.0mg/ml。多聚赖氨酸的分子量需要进行控制，分子量过大或过小均会导致制备得到的纳米颗粒负载后对细胞的增殖效果减弱。

同样，各组分的浓度和用量需要进行把控，以进一步促进最终得到的材料对细胞的增殖效果。锌盐溶液的浓度为0.0005-10mmol/l，锌盐选自氯化锌、硫酸锌和硝酸锌中的任意一种，优选为氯化锌。肝素盐溶液的浓度为5-10mg/ml；优选地，多聚赖氨酸溶液、锌盐溶液和肝素盐溶液的体积比为1:0.9-1.1:1.8-2.2。

s3、纳米颗粒在材料上的负载

将沉积有聚多巴胺涂层的待负载材料在纳米颗粒悬浊液中浸泡，在此过程中纳米颗粒表面暴露出的氨基基团与材料表面的多巴胺涂层上的酚羟基进行迈克尔加成和西氟碱反应接到材料表面，从而间接将锌离子沉积到材料表面，利用纳米颗粒在使用过程中达到缓释的效果，在材料上构建heparin/poly-l-lysine(zn²⁺)生物微环境。

优选地，沉积有聚多巴胺涂层的待负载材料的浸泡过程是在10-50℃的温度条件下震荡反应6-24h，在浸泡过程中进行震荡以使纳米颗粒更均匀地负载在材料上。

在一些实施例中，用于诱导组织修复的医用材料的制备方法还包括对浸泡后的材料进行清洗；优选地，清洗过程是采用磷酸盐缓冲液和双蒸水进行多次漂洗。清洗后能够去除未反应的溶液，避免杂质影响产品的后期使用。

本发明实施例还提供了一种用于诱导组织修复的医用材料，其在具有多巴胺涂层的待负载材料上负载有带有锌离子的纳米颗粒。使用过程中，利用沉积上材料表面的纳米颗粒缓慢释放锌离子，能够增加内皮细胞和平滑肌细胞的活力，同时也具备凝血效果。上述医用材料可以在制备血管支架中得到应用，制备得到的血管支架能够促进内皮细胞和平滑肌细胞的增殖，避免材料植入晚期及极晚期动脉再狭窄问题，具有很好的市场应用前景。

需要指出的是，本发明实施例中提供的用于诱导组织修复的医用材料可以通过上述方法进行制备，在此不做过多赘述。

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

本实施例提供一种用于诱导组织修复的医用材料的制备方法，其包括以下步骤：

首先，将1mg/ml的三羟甲基氨基甲烷溶液与等体积的1mg/ml的多巴胺溶液混合形成混合溶液，将316l不锈钢板在混合溶液中静置6h，并经过三次水洗后37℃烘干备用。

其次，将0.0005mmol/l的氯化锌溶液滴加入浓度为0.3mg/ml、重均分子量为150kda的多聚赖氨酸溶液中，搅拌2h；然后在磁力搅拌的条件下，在反应后的混合溶液中滴加5mg/ml的肝素钠溶得到纳米颗粒悬浊液室温下反应2h，其中，氯化锌溶液、多聚赖氨酸溶液和肝素钠溶液的体积比约为1:0.9:1.8。

最后，将表面沉积有聚多巴胺涂层的不锈钢板浸泡在纳米颗粒悬浊液中，在室温下震荡反应6小时，然后分别用磷酸盐缓冲液和双蒸水漂洗。

实施例2

本实施例提供一种用于诱导组织修复的医用材料的制备方法，其包括以下步骤：

首先，将2mg/ml的三羟甲基氨基甲烷溶液与等体积的3mg/ml的多巴胺溶液混合形成混合溶液，将316l不锈钢板在混合溶液中静置12h，并经过三次水洗后37℃烘干备用。

其次，将10mmol/l的氯化锌溶液滴加入浓度为1.0mg/ml、重均分子量为300kda的多聚赖氨酸溶液中，搅拌3h；然后在磁力搅拌的条件下，在反应后的混合溶液中滴加10mg/ml的肝素钠溶室温下反应3h，其中，氯化锌溶液、多聚赖氨酸溶液和肝素钠溶液的体积比约为1:1.1:2.2。

最后，将表面沉积有聚多巴胺涂层的不锈钢板浸泡在纳米颗粒悬浊液中，在室温下震荡反应24小时，然后分别用磷酸盐缓冲液和双蒸水漂洗。

实施例3

本实施例提供一种用于诱导组织修复的医用材料的制备方法，其包括以下步骤：

首先，将2mg/ml的三羟甲基氨基甲烷溶液与等体积的3mg/ml的多巴胺溶液混合形成混合溶液，将316l不锈钢板在混合溶液中静置12h，并经过三次水洗后37℃烘干备用。

其次，将0.05mmol/l的氯化锌溶液滴加入浓度为0.5mg/ml、重均分子量为200kda的多聚赖氨酸溶液中，搅拌3h；然后在磁力搅拌的条件下，在反应后的混合溶液中滴加5mg/ml的肝素钠溶液室温下反应3h，其中，氯化锌溶液、多聚赖氨酸溶液和肝素钠溶液的体积比约为1:1:2。

最后，将表面沉积有聚多巴胺涂层的不锈钢板浸泡在纳米颗粒悬浊液中，在室温下震荡反应24小时，然后分别用磷酸盐缓冲液和双蒸水漂洗。

实施例4

本实施例提供一种用于诱导组织修复的医用材料的制备方法，具体步骤与实施例3大致相同，不同之处在于：氯化锌溶液的浓度为0.5mmol/l。

实施例5

本实施例提供一种用于诱导组织修复的医用材料的制备方法，具体步骤与实施例3大致相同，不同之处在于：氯化锌溶液的浓度为5mmol/l。

对比例1

本对比例提供一种医用材料的制备方法，其包括：将2mg/ml的三羟甲基氨基甲烷溶液与等体积的3mg/ml的多巴胺溶液混合形成混合溶液，将316l不锈钢板在混合溶液中静置12h，并经过三次水洗后37℃烘干备用。(即只包括聚多巴胺涂层)

对比例2

本对比例提供一种医用材料的制备方法，其与实施例3的步骤大致相同，不同之处在于：氯化锌溶液的浓度为0mmol/l，即用等体积的去离子水替代。

对比例3

本对比例提供一种医用材料的制备方法，包括以下步骤：

首先，将2mg/ml的三羟甲基氨基甲烷溶液与等体积的3mg/ml的多巴胺溶液混合形成混合溶液，将316l不锈钢板在混合溶液中静置12h，并经过三次水洗后37℃烘干备用。

其次，将0.05mmol/l的氯化锌溶液先与5mg/ml的肝素钠溶液混合，然后将混合溶液滴加至浓度为0.5mg/ml、重均分子量为200kda的多聚赖氨酸溶液中，反应6h。其中，氯化锌溶液、多聚赖氨酸溶液和肝素钠溶液的体积比约为1:1:2。

最后，将表面沉积有聚多巴胺涂层的不锈钢板浸泡在纳米颗粒悬浊液中，在室温下震荡反应24小时，然后分别用磷酸盐缓冲液和双蒸水漂洗。

对比例4

本对比例提供一种医用材料的制备方法，其与实施例3的步骤大致相同，不同之处在于：氯化锌溶液的浓度为50mmol/l。

试验例1

采用icp-ms测试实施例3、实施例4和实施例5中制备得到的样品中的锌元素的密度。

测试结果显示，实施例3-5中锌离子密度依次为3.61ng/cm²、115.08ng/cm²和273.94ng/cm²。可见，样品表面锌的密度与引入锌离子的浓度成剂量依赖性，说明锌离子成功引入材料表面，且样品表面锌有差异。

试验例2

测试实施例3-5以及对比例1-2中制备的产品对内皮细胞活性的影响，并用不锈钢板进行对照，采用荧光显微镜测试材料表面培养内皮细胞的荧光图，结果见图2。图2中，ss表示不锈钢材料、dm表示对比例1(材料上仅负载聚多巴胺涂层)、npzn0表示对比例2、npzn0.05表示实施例3、npzn0.5表示实施例4、npzn5表示实施例5。

测试方法：在材料表面种同种浓度的内皮细胞株，生长一天，通过罗丹明染料对细胞的线粒体染色，采用荧光显微镜测试材料表面培养内皮细胞的荧光图。

从图2可知，随着接枝纳米颗粒中锌离子含量的增加，材料表面内皮细胞数量增加，细胞形态更加铺展，展现更好的内皮细胞友好性。

试验例3

测试实施例3-5以及对比例1-2中制备的产品对平滑肌细胞活性的影响，并用不锈钢板进行对照，采用荧光显微镜测试材料表面培养平滑肌细胞的荧光图，测试方法参照试验例2，测试结果见图3。

从图3可知，随着接枝纳米颗粒中锌离子含量的增加，材料表面平滑肌细胞数量增加，细胞形态更加铺展，展现更好的平滑肌细胞友好性。

试验例4

分别测试实施例3-5以及对比例1-2制备的材料对内皮细胞和平滑肌细胞活性的影响，测试方法：将内皮细胞株和平滑肌细胞株分别种在材料表面，生长1天后进行cck-8进行细胞活力检测，测试结果见表1。

表1人脐静脉内皮细胞和平滑肌细胞表面活性值测试结果

由表1可知，本发明实施例中制备得到的材料能够有效促进内皮细胞的活性，且高浓度的锌离子也有利于促进平滑肌细胞活性。

对比实施例3-5可知，锌离子浓度的增加有利于进一步增加内皮细胞的活性，对比例4中溶液成块、不均匀，不适宜成膜，可见锌离子的用量需要控制在一定范围内，材料中锌离子含量过大反而不利于促进内皮细胞活性。

对比实施例3和对比例3可知，本发明实施例中纳米颗粒制备过程的反应顺序会影响产品对内皮细胞活性的影响，对比例3中反应后溶液不均匀，出现块状物，不适宜成膜，这可能是由于对比例3中的反应顺序中没有形成纳米颗粒，影响了锌离子的沉积效果。

综上所述，本发明提供的一种用于诱导组织修复的医用材料的制备方法，其通过先将锌盐和多聚赖氨酸溶液混合使多聚赖氨酸上的氨基基团与锌离子配位形成螯合物，然后通过螯合物中多聚赖氨酸所带正电荷与具有很强负电荷的肝素进行静电结合形成纳米颗粒；最后通过将具有聚多巴胺涂层的待负载材料在纳米颗粒悬浊液中浸泡后，使纳米颗粒表面暴露出的氨基基团与材料表面的多巴胺涂层上的酚羟基进行迈克尔加成和西氟碱反应接到材料表面。

本发明提供的一种用于诱导组织修复的医用材料，其是在具有多巴胺涂层的待负载材料上负载有带有锌离子的纳米颗粒，形成的材料具有抗凝效果，且能够增加内皮细胞和平滑肌细胞的细胞活力。上述医用材料可以在制备血管支架中得到应用，能够使制备得到的血管支架促进内皮细胞和平滑肌细胞的增殖，避免材料植入晚期及极晚期动脉再狭窄问题。

以上所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。