适用于糖尿病的表面具有迷迭香酸-锌螯合物的壳聚糖/环糊精缓释涂层的钛种植体

本发明属于生物医用材料领域，涉及一种适用于糖尿病的表面具有迷迭香酸-锌螯合物的壳聚糖/环糊精缓释涂层的钛种植体及其制备方法。

背景技术：

1、种植牙逐渐成为牙齿缺失后首选的修复方式，尽管数十年来种植体的应用不断发展，但是它们在糖尿病等全身系统性疾病条件下成功率大打折扣。高糖环境破坏了骨形成和吸收的平衡，导致骨形成不良和种植体骨结合受损，糖尿病患者植入失败的风险(10％～20％)高于非糖尿病患者(1％～3％)。糖尿病介导的种植体骨结合不良的原因已有许多讨论，除缺乏成骨活性之外，成骨细胞中ros(活性氧)水平的升高和线粒体功能障碍抑制细胞功能，加速细胞凋亡的理论已被研究和认可。高糖导致细胞ros水平升高，细胞氧化和抗氧化系统失衡，诱导氧化应激，加速细胞凋亡，同时由于线粒体代谢障碍，放大初始氧化应激，引发恶性循环。因此，植入物本身或其表面同时具有抗氧化和成骨活性无疑是改善糖尿病条件下骨结合的有效策略。

2、迷迭香酸(rosmarinic acid，ra)是植物代谢的重要产物，被证实具有强大的抗氧化、抗炎、抗病毒等生物活性。作为一种酚类化合物，迷迭香酸的邻苯二酚结构和羧酸基团具有强的螯合金属离子的能力。许多金属离子已被引入生物活性材料中以增强骨再生，比如ca2+、cu2+、sr2+、mg2+、zn2+和b3+等。而迷迭香酸的金属螯合能力就为引入这些发挥功能的金属离子提供了必要条件。锌离子作为人体骨骼中的重要元素，具有成骨和抗菌等活性，是人体300多种酶的辅助因子和细胞代谢的相关成分。

3、因此，若能使迷迭香酸与锌离子螯合生成新的活性物质，将其作为一种促进糖尿病患者钛种植体表面骨结合的活性成分，将会是一种新的治疗手段。但为了避免药物突释和局部药物浓度过高的不利影响，需要一种可以缓慢释放药物的方法，同时具有生物相容性和安全性。

4、壳聚糖是一种天然的线性生物多氨基糖，富含-oh、nh2，不仅能够吸收血清中的蛋白质，促进细胞粘附，还可以作为与其他生物分子反应的中间体。环糊精是通过(1-4)糖苷键连接的葡萄糖残基的环状寡糖，可以利用其疏水的内腔封装水溶性差的分子，同时亲水性的表面提高药物分子的溶解度，延长释放速率。环糊精和多酚形成包合物，不仅能够提高多酚的生理利用度和稳定性，甚至增加了抗氧化活性。壳聚糖(cs)和羧甲基-β-环糊精(cm-β-cd)已用于药物递送领域。利用壳聚糖与羧甲基环糊精交联的聚合物作为迷迭香酸-锌螯合物的载体，将实现药物分子的可靠释放。

5、如何利用载有迷迭香酸-锌螯合物的壳聚糖/羧甲基环糊精聚合物在钛表面形成稳定且不易剥脱的涂层？常见的物理吸附依赖氢键和范德华力，其粘合强度和耐久性不如化学结合。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种适用于糖尿病患者的表面具有迷迭香酸-锌螯合物的壳聚糖/环糊精缓释涂层的钛种植体，利用硅烷偶联剂作为中间介质连接钛和活性物质，构建了一种结合强度高且具有缓慢释放药物特性的钛种植体表面涂层，使钛种植体具有抗氧化、成骨活性，可以改善高血糖环境下成骨细胞的线粒体动力学，促进细胞的黏附、增殖和矿化，对于糖尿病患者高糖条件下的钛种植体具有重要意义。

2、本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

3、一种表面具有迷迭香酸-锌螯合物的壳聚糖/环糊精缓释涂层的钛种植体，它是通过以下方法制得的：迷迭香酸-锌离子螯合物被以羧甲基-β-环糊精与壳聚糖交联形成的壳聚糖/环糊精聚合物包裹；依次对纯钛金属进行表面打磨、碱热处理、硅烷化处理，再浸入含有迷迭香酸-锌螯合物的壳聚糖/环糊精溶液中，通过硅烷偶联的化学方式，将包裹迷迭香酸-锌螯合物的壳聚糖/环糊精聚合物加载到纯钛金属表面，得到具有迷迭香酸-锌螯合物的壳聚糖/环糊精缓释涂层的钛种植体，钛种植体通过缓释迷迭香酸-锌螯合物赋予植体抗氧化性能，有利于高糖条件下钛种植体表面的成骨。

4、一种表面具有迷迭香酸-锌螯合物的壳聚糖/环糊精缓释涂层的钛种植体的制备方法，包括以下步骤：

5、步骤(1)、纯钛金属表面用砂纸打磨光滑，再经丙酮、乙醇、去离子水依次超声清洁除去表面杂质，干燥；

6、步骤(2)、将经过步骤(1)处理的纯钛金属浸入氢氧化钠溶液中进行碱热处理，通过碱热处理使钛金属表面带有羟基；

7、步骤(3)、将经过碱热处理的钛金属浸入3-(三乙氧基硅基)丙基琥珀酸酐(tespsa)浓度为0.5～5％v/v、n,n-二异丙基乙胺(diea)浓度为3％v/v的硅烷溶液中，高温处理使钛金属表面带有琥珀酸酐基团，取出钛金属，去离子水冲洗，室温干燥，得到硅烷化钛金属；

8、步骤(4)、室温下，将硅烷化钛金属浸入包裹有迷迭香酸-锌螯合物的壳聚糖/环糊精聚合物溶液中，利用钛金属表面的琥珀酸酐基团和壳聚糖的氨基基团的共价结合，取出，去离子水冲洗，干燥，得到表面具有迷迭香酸-锌螯合物的壳聚糖/环糊精缓释涂层的钛种植体。

9、步骤(1)中，采用400-2000目砂纸将纯钛金属表面打磨光滑；优选的，依次采用400、600、800、1000、1500、2000目砂纸将纯钛金属表面打磨光滑。

10、丙酮、乙醇、去离子水均分别超声清洁20min。

11、干燥温度为60℃。

12、步骤(2)中，氢氧化钠溶液的浓度为1～10mol/l，优选为5mol/l。

13、所述的碱热处理的温度为60～90℃,优选为80℃，碱热处理的时间为1～48h，优选为24h。

14、步骤(3)中，所述的硅烷溶液是将3-(三乙氧基硅基)丙基琥珀酸酐、n,n-二异丙基乙胺溶解在n,n-二甲基甲酰胺(dmf)中配制得到的。

15、优选的，所述的硅烷溶液中3-(三乙氧基硅基)丙基琥珀酸酐的浓度为2％v/v，n,n-二异丙基乙胺的浓度为3％v/v。

16、所述的高温处理的温度为60～90℃,优选为70℃，高温处理的时间为1～24h，优选为12h。

17、步骤(4)中，硅烷化钛金属浸入包裹有迷迭香酸-锌螯合物的壳聚糖/环糊精聚合物溶液中1～24h。

18、所述的包裹有迷迭香酸-锌螯合物的壳聚糖/环糊精聚合物溶液的制备方法，包括：

19、步骤(a)、按照迷迭香酸与氯化锌摩尔比为2:1反应得到迷迭香酸-锌螯合物(ra-zn)；

20、步骤(b)、羧甲基-β-环糊精(cm-β-cd)与壳聚糖通过酰胺化反应交联形成新的壳聚糖/环糊精聚合物；

21、步骤(c)、将迷迭香酸-锌螯合物溶解于dmso中得到迷迭香酸-锌螯合物溶液，将壳聚糖/环糊精聚合物溶解于1％v/v乙酸水溶液中得到浓度为4mg/ml的壳聚糖/环糊精聚合物溶液，将迷迭香酸-锌螯合物溶液和壳聚糖/环糊精聚合物溶液按照体积比1:100～1:400混合，使混合后ra-zn的浓度为0.1×10-3～1×10-3mol/l，搅拌将迷迭香酸-锌螯合物包合进入环糊精中，得到包裹有迷迭香酸-锌螯合物的壳聚糖/环糊精聚合物溶液。

22、具体的，所述的包裹有迷迭香酸-锌螯合物的壳聚糖/环糊精聚合物溶液的制备方法，包括：

23、步骤(a)、将迷迭香酸溶于无水乙醇中，得到迷迭香酸浓度为0.01mol/l的迷迭香酸溶液，按照迷迭香酸与氯化锌摩尔比为2:1加入浓度为0.01mol/l的zncl2水溶液，采用naoh调节ph为8.5，室温下反应24h，离心，去除上清液，无水乙醇洗涤三次，干燥，得到迷迭香酸-锌螯合物(ra-zn)；

24、步骤(b)、60mg羧甲基-β-环糊精溶解在20ml水中，加入9.2mgn-羟基琥珀酰亚胺(nhs)和15.3mg1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐(edc)活化1小时；将60mg壳聚糖(脱乙酰度≥95％)溶解在20ml1％v/v乙酸水溶液中；将上述两种溶液混合，室温反应12h，采用截留分子量2000的透析膜在去离子水中透析三天，-40℃冻干，得到壳聚糖/环糊精聚合物(cs-cmcd)；

25、步骤(c)、将迷迭香酸-锌螯合物(ra-zn)溶解于dmso中得到迷迭香酸-锌螯合物溶液，将壳聚糖/环糊精聚合物(cs-cmcd)溶解于1％v/v乙酸水溶液中得到浓度为4mg/ml的壳聚糖/环糊精聚合物溶液，将迷迭香酸-锌螯合物溶液和壳聚糖/环糊精聚合物溶液按照体积比1:100～1:400混合，使混合后ra-zn的浓度为0.1×10-3～1×10-3mol/l，搅拌1～48h、优选搅拌24h，得到包裹有迷迭香酸-锌螯合物的壳聚糖/环糊精聚合物溶液。

26、优选的，混合后ra-zn的浓度为0.25×10-3～1×10-3mol/l。

27、更优选的，混合后ra-zn的浓度为0.5×10-3mol/l。

28、本发明的另一个目的是提供所述的表面具有迷迭香酸-锌螯合物的壳聚糖/环糊精缓释涂层的钛种植体在牙种植修复的用途，优选在糖尿病患者的牙种植修复的用途。

29、发明的有益效果：

30、(1)、本发明在纯钛表面构建了迷迭香酸-锌螯合物的壳聚糖/环糊精涂层，赋予其抗氧化和成骨活性，有利于成骨细胞的黏附、增殖和矿化，加速了种植体与周围骨的骨结合，缩短临床骨愈合时间，对钛种植体表面改性领域具有重要意义。更为重要的是，本发明钛种植体有利于高糖条件下成骨细胞的黏附、增殖和矿化，对提高糖尿病患者的种植成功率具有重要意义。

31、(2)、本发明通过对钛种植体表面进行改性，挽救种植体糖尿病微环境下的线粒体功能障碍，削弱氧化应激的负面影响，为促进糖尿病条件下钛种植体骨结合提供新方法，在医用生物材料领域有广阔的应用前景。

32、(3)、本发明利用壳聚糖和环糊精共价结合后包裹迷迭香酸-锌螯合物，纯钛表面碱热处理后利用硅烷作为中间涂层与壳聚糖残余的氨基反应，再将包裹迷迭香酸-锌螯合物的壳聚糖/环糊精聚合物化学结合到硅烷化的钛表面，以避免活性物质的突然释放，实现其缓慢释放，使钛种植体表面具有长期稳定的活性。