医用金属植入体表面壳聚糖季铵盐/胶原复合涂层的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及医用金属植入体表面涂层的制备方法，尤其是医用金属植入体表面的矿化胶原涂层的制备方法。
【背景技术】
[0002]在骨修复过程中，体内自身细胞在不同时期产生不同的生长因子以调控骨整合过程顺利进行，生长因子的释放行为常常决定骨修复是否成功。因此，对于新型金属植入体材料，其不仅应具有较好的生物相容性，更应具有较好生长因子或者药物的承载能力以及对其承载的生长因子等释放行为具有可控的能力。通常是在金属植入体表面涂覆一层具有缓释功能的有机物质同时嵌入生长因子剂来满足生物相容性、生长因此承载能力以及释放行为控制的要求。但是，涂覆一层具有缓释功能的有机物涂层来控制生长因子释放行为，常常需要多步、复杂的制备手段，限制了其在植入体表面修饰中的应用。
[0003]目前，在金属基体上制备有机涂层的方法主要有电化学沉积法、旋涂法、和仿生沉积法。其中，电化学沉积法具有反应条件温和，涂层化学组成和厚度可控等优点，在涂层制备方面的应用广泛。中国专利CN101545886B采用电位阶跃方法使导电聚合物中的氯金酸还原为纳米金粒子，然后固定生物敏感物质形成复合敏感膜。但是基于电位阶跃法，采用交变电位沉积法调控壳聚糖季铵盐在胶原涂层中的分布的研宄未见报道。壳聚糖季铵盐在较广的PH范围内带有正电荷，其对电场的响应迅速，通过采用交变电位沉积法，可以调控壳聚糖季铵盐的沉积行为，实现壳聚糖季铵盐在胶原涂层中的空间分布可控，进而有效控制生长因子的释放行为，对于提高骨修复速度和质量具有重要意义。
[0004]胶原蛋白是自然骨中主要的组成成分之一，其分子中裸露的官能团具有的信号传递作用，因而具有较好的生物相容性。但胶原蛋白涂层对生物因子等的承载能力有限。有许多研宄致力于提高承载能力，如中国专利CN103074659A利用恒电位电沉积法在矿化胶原涂层中引入了壳聚糖，提高了涂层药物、生长因子等承载能力。中国专利CN102028969A利用恒电位电沉积法在植入体表面自下而上依次构建有致致密壳聚糖层、多孔矿化壳聚糖层和矿化胶原/壳聚糖交联体层，提高了涂层的生物学性能和载药性能。但根据矿化胶原沉积机理，电化学沉积过程中基板附近会产生PH梯度，壳聚糖在沉积到涂层的一定深度随着PH升高后失去质子，失去质子的壳聚糖对电场的响应性急剧下降，不能可控调节壳聚糖富集在矿化胶原涂层的里层或者外层，限制了涂层对生长因子等承载空间位置的控制，同时失去质子的壳聚糖与生长因子之间的库仑力急剧下降，使得整个涂层对生长因子等的承载能力提尚有限。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种工艺简单、具有高生物学响应性和高效生长因子承载能力以及生长因子释放行为可控的医用金属植入体表面壳聚糖季铵盐/胶原复合涂层的制备方法。
[0006]本发明的医用金属植入体表面壳聚糖季铵盐/胶原复合涂层的制备方法，包括以下步骤:
1)将壳聚糖季铵盐溶于蒸馏水中，配制浓度为0.5g/L的壳聚糖季铵盐水溶液，置于4°C待用；将I型胶原溶解于0.005mol/L醋酸中，配制浓度为0.5g/L的胶原醋酸溶液，置于4°C待用；
2)配制电解液:将含钙化合物溶于水中，配制成浓度为10mmol/L~100mmol/L的含钙水溶液；将含磷化合物溶于水中，配制成浓度为10mmol/L~100mmol/L的含磷水溶液；将含钙水溶液和含磷水溶液搅拌混合，得到A溶液，将步骤I)制得的I型胶原醋酸溶液和壳聚糖季铵盐水溶液与A溶液混合，使混合液中钙、磷、胶原、壳聚糖季铵盐的季铵根浓度分别为4 ?8mmol/L、8 ?16 mmol/L、0.3g/L、0.32—0.016mmol/L，调整电解液 pH 值为 4.3 ?4.6 ;
3)将电解液置于温度为37°C的恒温槽中，以铂片作为对电极，以酸清洗处理过的金属基板作为工作电极，两电极之间距离为I?2cm，采用多电位阶跃模式进行电化学沉积，施加在金属基板上的正电压为2.0?2.8V，负电压为-1.5—2.5V，阶跃段数为3~7段，每段沉积时间为l_20min，取出金属基板，用去离子水清洗后待用；
4)配制0.l~2yg/mL的生物因子溶液，调节生物因子溶液的pH为3~10，将3)制备的金属基板浸泡在生物因子溶液中，1-3天后取出，于37°C下干燥。
[0007]本发明中，所述的壳聚糖季铵盐是季铵根取代度为20%~99%，分子质量为1000-100000的2-羟丙基三甲基氯化铵壳聚糖或季铵根取代度为20%~99%，分子质量为1000-100000的N，N, N-三甲基壳聚糖季铵盐。
[0008]本发明中，所述的I型胶原为倍菱液态I型胶原。
[0009]本发明中，所述的生物因子是pH为3~10带有负电荷的BMP-2、BMP-6或BSA。
[0010]本发明中，所述的含钙化合物可以是Ca(NO3)2.6H20或CaCl2。
[0011]本发明中，所述的含磷化合物可以是冊况?04或NaH2P04。
[0012]本发明中，所述的金属基板可以是钛板、钽板或镁板。
[0013]本发明采用多电位阶跃模式进行电化学沉积，实现医用金属植入体表面的高生长因子承载、高细胞响应的壳聚糖季铵盐/胶原复合涂层，通过调整每段阶跃工作电极电位的正负、大小以及每段沉积时间，无需多次沉积，可快速简易地实现将壳聚糖季铵盐分布到胶原涂层不同空间，即胶原涂层里层富集壳聚糖季铵盐和胶原涂层外层富集壳聚糖季铵盐。利用壳聚糖季铵盐带有正电荷的性质，将生物生长因子承载到胶原涂层不同空间位置，实现了生物生长因子释放行为可控调节，同时增大了涂层承载生物生长因子的能力，在硬骨组织修复领域具有广泛的应用前景。
【附图说明】
[0014]图1是钛植入体表面复合涂层里层富集2-羟丙基三甲基氯化铵壳聚糖形貌。
[0015]图2是钛植入体表面复合涂层外层富集2-羟丙基三甲基氯化铵壳聚糖形貌。
[0016]图3是钛植入体表面复合涂层的里层/外层承载BMP-2能力对比图。
【具体实施方式】
[0017]以下结合具体实例来说明本发明:
实施例1
1)将季铵根取代度为98%，分子质量为30000的2-羟丙基三甲基氯化铵壳聚糖溶于蒸馏水，配制浓度为0.5g/L的壳聚糖季铵盐水溶液，置于4°C待用；将倍菱液态I型胶原溶解于0.005mol/L醋酸中，配制浓度为0.5g/L的胶原醋酸溶液，置于4°C待用；
2)配制电解液:将Ca(NO3)2.6H20溶于水中，配制成钙浓度为80mmol/L的Ca(NO3)2水溶液，将NH4H2PO4溶于水中，配制成含磷浓度为80mmol/L的NH 4Η2Ρ04水溶液，将Ca (NO 3) 2水溶液和NH4H2PO4水溶液搅拌混合，得到A溶液。将倍菱液态I型胶原、2-羟丙基三甲基氯化铵壳聚糖溶液与A溶液混合，使钙、磷、2-羟丙基三甲基氯化铵壳聚糖中季铵根和胶原的浓度分别为8mmol/L、16 mmol/L、0.08mmol/L、0.3g/L，再用NaOH溶液调整电解液pH值为4.4 ；
3)以表面酸清洗处理后的钛板作为工作电极，铂电极作为对电极，两电极间距为1cm，取15ml电解液置于在37 °C恒温槽中，采用多电位阶跃电化学沉积模式，施加在钛基板上的电压和时间分别为:-1.5V(120s)、-2.4V(180s)、2V(60s)、-2.4V(480s)、2V(120s)、-2.4V(720s)、2V (180s)，沉积后取出钛基板，去离子水清洗后备用；
4)配制2μ g/mL的BMP-2溶液，调解pH为7，将上述制备的钛基板浸泡在1mL BMP-2溶液中。3天后取出，于37°C烘箱中干燥，在钛植入体表面得到里层载有BMP-2的2-羟丙基三甲基氯化铵壳聚糖/胶原的复合涂层，其形貌见图1。里层是指复合涂层与钛植入体表面直接接触的这一侧。
[0018]实施例2
1)将季铵根取代度为98%，分子质量为300