CN102094227A

CN102094227A - 在钛种植体表面制备壳聚糖丝素蛋白复合涂层的电化学方法

Info

Publication number: CN102094227A
Application number: CN 201110002488
Authority: CN
Inventors: 蒋滔; 张贞; 王贻宁; 马克娜
Original assignee: Wuhan University WHU
Current assignee: Wuhan University WHU
Priority date: 2011-01-07
Filing date: 2011-01-07
Publication date: 2011-06-15

Abstract

本发明公开了一种在钛种植体表面制备壳聚糖丝素蛋白复合涂层的电化学方法，包括以下步骤：配置含有丝素蛋白壳聚糖的混合电沉积液；将铂作为阳极，钛种植体作为阴极，浸没在电沉积液中，在0~37℃的温度下进行电沉积反应，电沉积液中的壳聚糖和丝素蛋白共同沉积在金属钛表面；取出后清除表面的附着溶液后干燥。所制备的壳聚糖丝素蛋白复合涂层与钛种植体结合良好，丝素蛋白的含量可控，该涂层具有良好的生物活性，制备方法简单，涂层厚度可控，不受材料大小和形状的影响，可用于进一步载入功能性生物分子。

Description

在钛种植体表面制备壳聚糖丝素蛋白复合涂层的电化学方法

技术领域

本发明属于生物医用材料领域，特别涉及一种在钛种植体表面制备壳聚糖丝素蛋白复合涂层的方法。

背景技术

目前钛和钛合金种植体已经在生物医学领域广泛应用。但是由于其生物惰性，钛种植体的使用受到限制，特别是当患者的种植区骨量不足、骨密度低和伴随影响种植创伤愈合的系统性疾病时，种植成功率明显下降。因此，为了提高种植成功率和扩大适应症，学者们提出了许多种植体表面改性的技术方法，包括改良种植体表面理化性质、表面形貌、和生物化学性质等。这些方法可以提高骨整合率，但是面对上述骨量不足等情况时，使用仍然受限。

壳聚糖是目前发现的自然界中唯一带正电荷的碱性多糖。由于它具有较好的生物相容性、可降解性、抗菌性而被广泛用于生物医学领域。在钛种植体表面构建壳聚糖涂层可以提高钛表面的生物活性。另外，此涂层还可进一步添加功能性分子，使钛种植体表面获得相应的生物功能。较常用的方法有溶液蒸馏法、偶联剂法、静电逐层自组法等等。溶液蒸馏法是钛种植体放入壳聚糖和生物蛋白的共混溶液中，溶液自挥发后在基底材料表面形成壳聚糖和功能戴白的涂层，其缺点是在种植体表面形成的涂层厚度不均匀，而且形成的涂层内有酸残料，需要进一步碱中和。偶联剂法是通过硅烷和戊二醛将壳聚糖分子连接在钛种植体表面，此法的缺点是存在潜在的偶联剂生物毒性。静电逐层自组装是利用两个带有相反电荷的聚电解质的静电相互作用,通过逐层吸附的方式在经过表面处理的带电荷的种植体表面形成壳聚糖和生物蛋白涂层，此法的缺点是工艺较为复杂。

为克服上述问题，申请人发明了一种在在钛种植体表面制备壳聚糖明胶涂层的电化学方法（专利申请号：201010160657.6），取得了较好的效果。但由于明胶：1、在低温下容易被冻住，而在明胶冻住的情况下，其电沉积反应难以顺利进行；2、在体内的降解周期较短，不利药物的长期缓慢释放。因此，其应用受到了一定程度的限制。

丝素蛋白是从蚕丝中提取的天然高分子蛋白，其具有良好的机械性能和缓生物相容性，体内降解周期较长。

发明内容

本发明的目的就是针对上述现有技术的状况而提供一种在钛种植体表面制备壳聚糖丝素蛋白复合涂层的电化学方法，以改善上述现有技术的状况。

本发明包括以下步骤：

一、配置丝素蛋白壳聚糖混合溶液，其中：

1. 混合溶液中丝素蛋白和壳聚糖的浓度比值B为：0＜B≤4；

2. 混合溶液的PH值≤5；

二、进行电沉积反应：

1. 以丝素蛋白壳聚糖混合溶液为电沉积液，并保持其温度T在0℃＜T≤37℃之间；

2. 以铂片为阳极；

3. 以钛种植体为阴极；

三、进行后处理：将电沉积反应后的钛种植体取出，清除表面附着的溶液后对其进行干燥处理。

为进一步提高电沉积的效果，进行上述电沉积反应时：

1. 电极之间的直流电流为1~5A/cm²；或者：

2. 电极之间的直流电压为1~100V/cm²。

在钛表面构建壳聚糖丝素蛋白凝胶涂层，由于丝素蛋白和壳聚糖可以在低温下共沉积，有利于载入的蛋白等功能性分子的活性保存，不仅可以提高钛表面的生物活性，还可以进一步添加功能性分子，如抗生素，生长因子。此外，该凝胶涂层还可以支持细胞的生长和功能而用于组织工程。

本发明相对现有技术的优点还有:

1. 简单的制备器材和较短的制备时间。

2. 通过调节电压和沉积时间，可以方便的控制涂层的厚度。

3. 无需添加任何化学偶联剂，避免了可能产生的生物毒性。

4. 丝素蛋白在体内的降解周期较长，有利于药物的长期缓慢释放。

5. 涂层内无残留的酸，无需碱中和。

6. 整个制备过程可以在较低温度进行，可有效保存生物活性蛋白的活性。

7. 可以进一步混入功能性生物分子。

具体实施方式

下述各实施例在进行电沉积反应时：1、电极之间的直流电压在1~100V/cm²之间或者直流电流在1~5A/cm²之间，对其实际效果影响不大；2、丝素蛋白壳聚糖混合溶液作为电沉积液，其PH值在PH≤5的范围内时，对实施例效果的影响亦不大。

实施例1：

1、配置浓度比值为1的丝素蛋白壳聚糖混合溶液：

1) 将蚕丝于0.02MNa₂CO₃溶液中煮沸40分钟，取出后用去离子水冲洗，然后加入到60℃的9.3M的LiBr中溶解4小时。

2) 称量1 g壳聚糖，溶于质量百分比浓度为1%的乙酸溶液中，壳聚糖的浓度为1%。

3) 将5%的丝素蛋白用去离子水稀释到1%后缓慢加入到等体积的壳聚糖溶液中，边加边搅拌。

4) 上述混合液的PH值为3.2。

2、进行电沉积反应：

1) 铂片作为阳极，钛种植体作为阴极，丝素蛋白壳聚糖混合溶液作为电沉积液，并保持电沉积液的温度在1℃；

2) 阳极和阴极浸没于电沉积液中，两电极之间距离为5cm；

3) 经过30秒沉积后在钛种植体钛表面形成一层与其结合优良的壳聚糖丝素蛋白复合涂层。

3、进行后处理：

将表面沉积了壳聚糖丝素蛋白涂层的金属钛基体取出，清除表面的溶液后，将其放入干燥箱中干燥。

经检测，本例中壳聚糖丝素蛋白与钛种植体表面的黏附力为0.61Mpa，剪切黏附力为2.32MPa。

实施例2：

1、配置浓度比值为2的丝素蛋白壳聚糖混合溶液：

3) 将5%的丝素蛋白用去离子水稀释到2%后缓慢加入到等体积的壳聚糖溶液中，边加边搅拌。

4) 上述混合液的PH值为3.6。

2、进行电沉积反应：

1) 铂片作为阳极，钛种植体作为阴极，丝素蛋白壳聚糖混合溶液作为电沉积液，并保持电沉积液的温度在4℃；

2) 阳极和阴极浸没于电沉积液中，两电极之间距离为5cm；

3、进行后处理：

将表面沉积了壳聚糖丝素蛋白涂层的金属钛基体取出，清除表面的溶液后，将其放

入干燥箱中干燥。

经检测，本例中壳聚糖丝素蛋白与钛种植体表面的黏附力为0.75Mpa，剪切黏附力为3.21MPa。

实施例3：

1、配置浓度比值为4的丝素蛋白壳聚糖混合溶液：

3) 将5%的丝素蛋白用去离子水稀释到4%后缓慢加入到等体积的壳聚糖溶液中，边加边搅拌。

4）上述混合液的PH值为4.0。

2、进行电沉积反应：

1) 铂片作为阳极，钛种植体作为阴极，丝素蛋白壳聚糖混合溶液作为电沉积液，并保持电沉积液的温度在10℃；

2) 阳极和阴极浸没于电沉积液中，两电极之间距离为5cm；

3、进行后处理：

入干燥箱中干燥。

经检测，本例中壳聚糖丝素蛋白与钛种植体表面的黏附力为0.92Mpa，剪切黏附力为3.73MPa。

实施例4：

1、配置浓度比值为0.01的丝素蛋白壳聚糖混合溶液：

3) 将5%的丝素蛋白用去离子水稀释到0.01%后缓慢加入到等体积的壳聚糖溶液中，边加边搅拌。

4）上述混合液的PH值为3.4。

2、进行电沉积反应：

1) 铂片作为阳极，钛种植体（直径1.5cm）作为阴极，丝素蛋白壳聚糖混合溶液作为电

沉积液，并保持电沉积液的温度在37℃；

2) 阳极和阴极浸没于电沉积液中，两电极之间距离为5cm；

3) 经过2分钟沉积后在钛种植体钛表面形成一层与其结合优良的壳聚糖丝素蛋白复合涂层。

3、进行后处理：

将表面沉积了壳聚糖涂层的金属钛基体取出，清除表面的溶液后，将其放入干燥箱中干燥。

经检测，本例中壳聚糖丝素蛋白与钛种植体表面的黏附力为0.35Mpa，剪切黏附力为1.36MPa。

Claims

1.一种在钛种植体表面制备壳聚糖丝素蛋白复合涂层的电化学方法，其特征在于包括以下步骤：

1）配置丝素蛋白壳聚糖混合溶液，其中：

a.混合溶液中丝素蛋白和壳聚糖的浓度比值B为：0＜B≤4；

b.混合溶液的PH值≤5；

2)进行电沉积反应：

a.以丝素蛋白壳聚糖混合溶液为电沉积液，并保持其温度T在0℃＜T≤37℃之间；

b.以铂片为阳极；

c.以钛种植体为阴极；

3）进行后处理：将电沉积反应后的钛种植体取出，清除表面附着的溶液后对其进行干燥处理。

2.根据权利要求1 所述的一种在钛种植体表面制备壳聚糖丝素蛋白复合涂层的电化学方法，其特征在于：

进行所述的电沉积反应时，电极之间的直流电流为1~5A/cm²。

3.根据权利要求1 所述的在金属钛表面制备壳聚糖丝素蛋白涂层的电化学方法，其特征在于：

进行所述的电沉积反应时，电极之间的直流电压为1~100V /cm²。