一种医用镁合金表面电活性防腐涂层的制备方法与流程

本发明涉及生物大分子与电活性低聚物非水相复合自组装及其在镁合金表面形成涂层的制备方法，属于高分子自组装和生物医用材料制备领域。

技术背景

镁合金作为新型医用金属材料，具有优异的生物相容性，生物可降解性和适宜的机械性能，使其在医用植入材料上有潜在的应用。尽管镁及镁合金作为医用移植材料具有诸多优势，但活泼的化学性质导致其在生理环境下极易发生降解，这一缺陷严重制约了镁及镁合金在临床上的应用。为了调控镁及镁合金的降解速率增加其实用性，通常对其进行表面涂层处理。常用的表面涂层技术有电沉积法、直接浸涂法、微弧氧化法等(jbiomedmaterresb,2015,103,342-354)。其中电沉积技术作为一种比较方便而且经济的方法，在生物涂层制备过程中具有广泛的应用。天然大分子因其具有良好的生物相容性，生物可降解性，来源广泛而受到研究工作者的关注。葡聚糖(dextran)是由蔗糖溶液中培养的细菌，通过酶催化进行发酵得到的一种多糖类天然大分子，对温度和ph有着较好的稳定性，其主要的用途是在血浆代用品方面，多在各类休克时使用。由于葡聚糖单个糖环上具有三个羟基，化学活性高，可以通过对葡聚糖进行改性修饰以制备出满足不同需求的双亲性葡聚糖功能衍生物。haipingli等人在生物大分子葡聚糖(dex)表面接入缩氨酸，形成双亲大分子，在水溶液中成功自组装，得到具有核壳结构的纳米粒子pddns，研究结果表明，制备的粒子无细胞毒性，在药物运输上有潜在的应用(polym.chem.,2013,4,2235-2238)；kojinagahama等人在葡聚糖表面接入姜黄素(ccm)制备得到双亲大分子dextran-ccm，在水溶液中成功自组装得到纳米粒子，该纳米粒子能成功进入海拉细胞内，在癌症治疗上具有潜在应用(bioorg.med.chem.lett.,2015,25,2519–2522)。目前对于葡聚糖自组装胶体粒子的研究较多，但将基于葡聚糖的功能自组装胶体粒子用于生物涂层领域还鲜有报道。

葡聚糖的自组装行为研究目前只限于水相，而水相自组装不利于在镁合金表面制备涂层，因此本项目实现了葡聚糖的非水相自组装，在组装之后将胶体粒子固定在镁合金表面，制备生物纳米涂层，提高镁合金的耐腐蚀性能。

技术实现要素：

本专利发明了一种医用镁合金表面电活性防腐涂层的制备方法，该方法操作简单，条件温和。即首先将改性的天然多糖与电活性小分子在选择性溶剂中自组装制备得到复合胶体粒子溶液，然后通过表面处理技术将上述粒子固定在镁合金表面，制备生物涂层材料。

本发明采用如下的技术方案：

一种医用镁合金表面电活性防腐涂层的制备方法，其特征步骤为：

(1)双亲大分子的制备：称取适量葡聚糖(dex)溶解于二甲亚砜(dmso)中，形成均一溶液；称取适量小分子咖啡酸(ca)溶解于dmso中，并依次加入适量催化剂1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐(edc.hcl)和4-二甲氨基吡啶(dmap)，活化10min；最后将dex溶液加入到ca溶液中，该混合液室温下反应24h，反应结束后加入沉淀剂，将产物沉淀析出，于去离子水中透析，透析液冷冻干燥，得到双亲大分子dex-ca；

(2)苯胺四聚体的合成：称取5.50gn-苯基对苯二胺溶解于丙酮和稀盐酸的混合溶液中，冰浴下搅拌使其完全溶解得溶液a；将等量过硫酸铵溶于丙酮和去离子水混合溶液中，搅拌使其完全溶解，然后在剧烈搅拌下滴加到溶液a中，继续冰浴反应4h。产物进行离心，并用0.1mol/l稀盐酸和丙酮洗涤，在烘箱中干燥48h得到酸掺杂的苯胺四聚体；

(3)复合自组装胶体粒子溶液的制备：称取适量dex-ca和苯胺四聚体tani，溶于良溶剂dmso中，在搅拌条件下，向上述溶液中逐滴滴加沉淀剂，促使dex-ca/tani发生自组装，得到复合自组装胶体粒子溶液；

(4)镁合金表面涂层的制备：将镁合金用2000目砂纸打磨至无氧化层，依次在无水乙醇、丙酮中超声清洗10～15min，室温晾干备用，然后将步骤(3)中制备的自组装胶体粒子通过电泳沉积技术固定在镁合金表面，得到基于葡聚糖复合自组装胶体粒子的涂层材料。

步骤(1)中dex的分子量分别为2万和4万，dex，ca，edc，dmap的摩尔量之比分别为1:1:1:1，1:2:2:2，1:3:3:3，1:6:6:6。

步骤(3)中dex-ca的初始浓度范围为1～20mg/ml、tani的浓度范围为0.05～0.5mg/ml，沉淀剂选自无水乙醇、丙酮、二氧六环、异丙醇、乙酸乙酯、四氢呋喃、正丁醇、1-辛醇中的一种，dex-ca与tani之间具有氢键和静电相互作用；自组装胶束粒子的尺寸范围为100～400nm。

步骤(4)中镁合金的种类为az31、az91、am60b、am50a、镁钙合金中的一种，沉积电压范围为100～200v，沉积时间为0.5～30min。制备得到的电活性涂层与同种双亲大分子制备的非电活性涂层相比，具有更好的防腐效果。

本发明的主要优点在于：实现葡聚糖在非水相的自组装，拓展了葡聚糖的自组装行为；同时将电活性的小分子引入自组装胶体粒子中，并且通过简单的表面处理技术将自组装胶体粒子固定在镁合金表面，制备得到电活性防腐涂层，操作简单，材料来源广泛，实验成本较低。

附图说明

图1实施例1中dex-ca/tani复合自组装胶体粒子tem图。

图2实施例1中dex-ca/tani复合自组装胶体粒子的cv曲线。

图3实施例2中镁合金表面生物涂层的sem形貌图。

图4实施例3中镁合金表面生物涂层的极化曲线图。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步说明，但本发明并不局限于此。

实施例1

一种医用镁合金表面电活性防腐涂层的制备方法，具体实施步骤如下：

(1)双亲大分子的制备：称取0.172g葡聚糖dex溶解于5ml二甲亚砜(dmso)中，形成均一溶液；称取0.541g咖啡酸ca溶解于dmso中，并依次加入0.466g催化剂1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐(edc.hcl)和0.367g4-二甲氨基吡啶(dmap)，活化10min；最后将dex溶液加入到上述ca溶液中，该混合液室温下反应24h，反应结束后加入沉淀剂，将产物沉淀析出，于去离子水中透析，透析液冷冻干燥，得到双亲大分子dex-ca；

(2)苯胺四聚体的合成：称取5.50gn-苯基对苯二胺溶解于丙酮和稀盐酸的混合溶液中，冰浴下搅拌使其完全溶解得溶液a；将等量过硫酸铵溶于丙酮和去离子水混合溶液中，搅拌使其完全溶解，然后在剧烈搅拌下滴加到溶液a中，继续冰浴反应4h。产物进行离心，并用0.1mol/l稀盐酸和丙酮洗涤，在烘箱中干燥48h得到酸掺杂的苯胺四聚体；

(3)复合自组装胶体粒子溶液的制备：称取0.05gdex-ca和1mg苯胺四聚体tani，溶于10ml良溶剂dmso中，在搅拌条件下，向上述溶液中逐滴滴加沉淀剂乙醇，促使dex-ca/tani发生自组装，得到复合自组装胶体粒子溶液，该粒子在干态下的形貌图如附图1所示，复合粒子的电活性如附图2所示；

(4)镁合金表面涂层的制备：将镁合金用2000目砂纸打磨至无氧化层，依次在无水乙醇、丙酮中超声清洗10～15min，室温晾干备用，然后在200v下将步骤(3)中制备的自组装胶体粒子通过电泳沉积技术固定在镁合金表面，沉积时间为5min，最终得到基于葡聚糖复合自组装胶体粒子的涂层材料。

实施例2

一种医用镁合金表面电活性防腐涂层的制备方法，具体实施步骤如下：

(1)双亲大分子的制备：称取0.172g葡聚糖dex溶解于5ml二甲亚砜(dmso)中，形成均一溶液；称取0.180g咖啡酸溶解于dmso中，并依次加入0.155g催化剂1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐(edc.hcl)和0.122g4-二甲氨基吡啶(dmap)，活化10min；最后将dex溶液加入到ca溶液中，该混合液室温下反应24h，反应结束后加入沉淀剂，将产物沉淀析出，于去离子水中透析，透析液冷冻干燥，得到双亲大分子dex-ca；

(2)苯胺四聚体的合成：称取5.50gn-苯基对苯二胺溶解于丙酮和稀盐酸的混合溶液中，冰浴下搅拌使其完全溶解得溶液a；将等量过硫酸铵溶于丙酮和去离子水混合溶液中，搅拌使其完全溶解，然后在剧烈搅拌下滴加到溶液a中，继续冰浴反应4h。产物进行离心，并用0.1mol/l稀盐酸和丙酮洗涤，在烘箱中干燥48h得到酸掺杂的苯胺四聚体；

(3)复合自组装胶体粒子溶液的制备：称取0.1gdex-ca和1mg苯胺四聚体tani，溶于10ml良溶剂dmso中，在搅拌条件下，向上述溶液中逐滴滴加沉淀剂乙醇，促使dex-ca/tani发生自组装，得到复合自组装胶体粒子溶液；

(4)镁合金表面涂层的制备：将镁合金用2000目砂纸打磨至无氧化层，依次在无水乙醇、丙酮中超声清洗10～15min，室温晾干备用，然后在150v下将步骤(3)中制备的自组装胶体粒子通过电泳沉积技术固定在镁合金表面，沉积时间为10min，最终得到基于葡聚糖复合自组装胶体粒子的涂层材料，涂层的sem形貌图如附图2所示。

实施例3

一种医用镁合金表面电活性防腐涂层的制备方法，具体实施步骤如下：

(1)光敏双亲大分子的制备：称取0.172g葡聚糖dex溶解于5ml二甲亚砜(dmso)中，形成均一溶液；称取1.081g咖啡酸ca溶解于dmso中，并依次加入0.931g催化剂1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐(edc.hcl)和0.733g4-二甲氨基吡啶(dmap)，活化10min；最后将dex溶液加入到ca溶液中，该混合液室温下反应24h，反应结束后加入沉淀剂，将产物沉淀析出，于去离子水中透析，透析液冷冻干燥，得到双亲大分子dex-ca；

(2)苯胺四聚体的合成：称取5.50gn-苯基对苯二胺溶解于丙酮和稀盐酸的混合溶液中，冰浴下搅拌使其完全溶解得溶液a；将等量过硫酸铵溶于丙酮和去离子水混合溶液中，搅拌使其完全溶解，然后在剧烈搅拌下滴加到溶液a中，继续冰浴反应4h。产物进行离心，并用0.15mol/l稀盐酸和丙酮洗涤，在烘箱中干燥48h得到酸掺杂的苯胺四聚体；

(3)复合自组装胶体粒子溶液的制备：称取0.15gdex-ca和1mg苯胺四聚体tani，溶于10ml良溶剂dmso中，在搅拌条件下，向上述溶液中逐滴滴加沉淀剂异丙醇，促使dex-ca/tani发生自组装，得到复合自组装胶体粒子溶液；

(4)镁合金表面涂层的制备：将镁合金用2000目砂纸打磨至无氧化层，依次在无水乙醇、丙酮中超声清洗10～15min，室温晾干备用，然后在175v下将步骤(3)中制备的自组装胶体粒子通过电泳沉积技术固定在镁合金表面，沉积时间为5min，最终得到基于葡聚糖复合自组装胶体粒子的涂层材料，电活性涂层、裸镁和单纯dex-ca涂层的极化曲线如附图3所示。上述实施例用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。