CN102190958A - 生物相容性涂层组合物及其应用 - Google Patents

Abstract

公开了形成高度生物相容性涂层组合物，以及将该涂层组合物应用于植入体以提高其生物相容性。在一实施方案中，涂层组合物包括高分子材料，占所述组合物总重量0.1-10％的纳米级颗粒，或/和占所述组合物总重量1-50％的生物相容材料或占所述组合物总重量0.1-20％的生物活性材料或两者组合，其中，当所述组合物包括所述高分子材料以及所述生物相容材料或/和所述生物活性材料时，所述高分子材料以及所述生物相容材料或/和所述生物活性材料在组合物中以微米级混合物形式存在。

Description

生物相容性涂层组合物及其应用

技术领域

本申请涉及形成生物相容性的涂层组合物，以及该涂层组合物在改善植入体生物相容性方面的应用。

背景技术

随着创伤、退变肿瘤等疾病的发生率的增高，越来越多的骨科手术需要用到植入体，如骨折需要使用内固定器械、关节置换需要使用人工关节假体、脊柱手术需要使用融合器、移植假牙需要使用牙科植体等。各种骨科植入体为促进创伤后骨愈合、恢复骨与关节的解剖结构、提高关节的稳定性方面起到了重要的作用。但是，由于各种植入材料的物理性能及生物性能不同，当植入体移植入人或动物体内后，往往会出现机械性变性(J.B.Brunski，″Biomechanical Factors Affectingthe Bone-Dental Implant Interface，″Clinical Materials，Vol.10，pp.153-201，1992.)、生物排异等问题(K.Das，S.Bose，A.Bandyopadhyay，B.Karandikar，and B.L.Gibbins，″Surface Coatings for Improvement ofBone Cell Materials and Antimicrobial Activities of Ti Implants，″Journalof Biomedical Materials Research，Vol.87B，pp.455-460，2008)。

以钛金属为例，基于其出色的机型性能、防腐蚀性能和高度的生物相容性以及质量轻、来源广等优点，钛金属以及钛合金已经被广泛的应用于临床中硬组织如骨骼以及牙齿的移植领域。但是由于钛金属和钛合金表面的生物惰性，当钛金属或钛合金植入体移植入人或动物体内后，植入体与骨之间的结合只是一种机械性嵌合，往往不能形成化学性结合，使得体内细胞与植入体之间形成纤维化隔层，降低了钛以及钛合金植入体与骨细胞的结合性，从而降低了钛和钛合金骨骼植入物的使用寿命(S.Szmukler-Moncler，H.Salama，Y.Reingewirtz，andJ.H.Dubruille，″Timing of loading and effect of micromotion onbone-dental implant interface：Review of experimental literature，″Journalof Biomedical Materials Research，Vol.43，pp.192-203，1998)。

因此，为了提高植入物的机械和生物学性能，对植入体表面进行改性的研究日益受到人们的重视。目前，对植入体表面进行改性的技术很多，包括(1)对植入体表面形貌和粗糙度的改性，可用如机械与微机械加工方法、等离子喷涂方法、喷砂及酸腐方法、涂层粗化技术等来完成；(2)形成提高植入体表面耐腐性与耐蚀性的涂层，可用如金刚石涂层法、氮化物涂层法等来完成；(3)植入体表面生物活性改性方法，可用如表面喷涂法(其中包括等离子喷涂法、电化学沉积法)，表面氧化法(其中包括碱热处理法、溶胶凝胶法)，复合涂层法等来完成。

上述对植入体表面生物活性改性的方法，仍存在着诸多的问题。等离子喷涂法是目前工艺比较成熟，应用比较普遍的一种方法。它是利用两直流电极间产生的电弧使通过电极间的气态电离而形成高温等离子体，将生物活性材料的粉末导入超高温的等离子火焰中加热熔融，并以高速气流喷向植入体表面，快速凝固后形成涂层。该方法速度快且条件工艺成熟、涂层均匀、重复性好、适合工业化生产。但是该方法存在着实施设备昂贵、不适合喷涂多孔金属表面、涂层与植入体本体的粘结强度低以及涂层长期稳定性差等问题(K.James，H.Levene，J.R.Parsons，and J.Kohn，″Small changes in polymer chemistry have alarge effect on the bone-implant interface：Evaluation of a series ofdegradable tyrosine-derived polycarbonates in bone defects，″Biomaterials，Vol.20，pp.2203-2212，1999)。

表面氧化法可以施用于钛金属植入体。用于骨骼植入的钛金属在自然条件下表面常常可氧化形成一层几纳米厚的钛金属氧化薄膜，该薄膜为生物惰性层，生物活性差。通过适当的处理，对惰性表面进行活化改性，可制备活性钛金属氧化涂层。该涂层耐磨耐腐性好，可促使其与骨组织间形成化学性结合。常用的钛金属表面氧化物活化法有碱热处理法(H.B.Wen，J.R.De Wijn，F.Z.Cui，and K.De Groot，″Preparation of calcium phosphate coatings on titanium implant materialsby simple chemistry，″Journal of Biomedical Materials Research，Vol.41，pp.227-236，1998)、溶胶凝胶法(A.F.Maximilian Haenle，Carmen Zietz，Rainer Bader，Frank Heidenau，Wolfram Mittelmeier and Hans Gollwitzer，″An extended spectrum bactericidal titanium dioxide(TiO₂)coating formetallic implants：in vitro effectiveness against MRSA and mechanicalproperties，″Journal of Materials Science：Materials in Medicine 2010)等。其中碱性处理法是一种常用的化学处理方法，其机理主要是钛植入体表面在氢氧化钠溶液中可形成一层有生物活性的多孔网状的钛酸钠凝胶，再经热水处理后将其转变成锐钛矿型的二氧化钛层。该层氧化膜较致密，可增强金属的耐磨耐蚀性，增强其植入体后的化学稳定性和使用寿命。体外模拟体液实验也证实了锐钛矿型的二氧化钛氧化层具有生物活性，可诱导磷灰石沉积的形成。但该方法获得的二氧化钛氧化涂层较薄，存在结合强度低的缺点。

复合涂层法(J.Redepenning，G.Venkataraman，J.Chen，and N.Stafford，″Electrochemical preparation of chitosan/hydroxyapatitecomposite coatings on titanium substrates，″Journal of BiomedicalMaterials Research，Vol.66A，pp.411-416，2003)也是目前应用比较广泛、并被认为有很大发展前景的技术。具体而言，是将金属表面涂覆与金属表面氧化相结合的方法，包括先对金属植入体表面进行氧化处理，获得活性金属氧化层，然后在金属氧化层表面涂覆沉积具有生物活性的涂层，从而制备出生物活性涂层-金属氧化层复合涂层。该涂层可与骨组织早期结合，从而提高植入体与骨组织间的结合力。同时，致密金属氧化层的耐磨耐腐以及抑制离子释放的作用，保证了植入体在机体内的稳定性，有效地提高了植入体的性能(Z.B.Zhang C，ZhaoZJ，Deng CF，″Effect of HA/TiO₂ coating titanium surface on the growthof MG63，″Shanghai Kou Qiang Yi Xue，Vol.18，pp.411-4，2009)。但是这种复合法由于同时采用了两种技术，产品性能影响因素较多，而且两种涂层间的界面容易出现脱落。

综上所述，虽然目前对植入体表面生物活性改性的方法很多，但是各自仍存在着不同的缺点，因此仍需要对其进一步的探索与完善，寻求新的提高植入体表面生物活性改性的方法。

概述

本申请一方面提供涂层组合物，所述涂层组合物包括

高分子材料(通常占所述组合物总重量30-90％，优选40-75％，更优选50-65％)，以及

占所述组合物总重量0.1-10％的纳米级颗粒，或/和

占所述组合物总重量1-50％的生物相容材料，或占所述组合物总重量0.1-20％的生物活性材料，或其组合，

其中，当所述组合物包括所述高分子材料以及所述生物相容材料或/和所述生物活性材料时，所述高分子材料以及所述生物相容材料或/和所述生物活性材料组合物中以微米级混合物形式存在。

在涂层组合物的一些实施方案中，所述高分子材料可选自涂料、树脂以及胶粘剂类的高分子材料，包括但不局限于环氧树脂、聚丙烯酸脂、聚胺脂、聚酯、以及它们的混合物。

在涂层组合物一些实施方案中，所述纳米级颗粒可以是二氧化钛、二氧化硅或氧化铝。纳米级颗粒在涂层组合物中的含量在一些实施例中可占所述组合物总重量0.3-5％，而在另一些实施方案中，可占所述组合物总重量0.5-2％。

在涂层组合物的一些实施方案中，所述生物相容材料可选自生物惰性陶瓷如氧化物陶瓷、Si3N4陶瓷、玻璃陶瓷，医用碳素材料，以及医用金属材料与金属氧化物如金属钛、钛合金、二氧化钛、氧化钴、氧化钙、氧化锆等。

在涂层组合物一些实施方案中，所述生物相容材料可以占所述组合物总重量的10-30％，在另外一些实施方案中，所述生物相容材料可以占所述组合物总重量的10-25％，在某些特定的实施方案中，所述生物相容材料可占所述组合物总重量的25％。

在涂层组合物的某些实施方案中，所述生物活性材料可以选自生物活性陶瓷类材料，如磷酸钙基生物陶瓷、硅酸三钙、硅酸二钙、氢氧化钙等；矿物材料，如MTA(mineral trioxide aggregates)、羟基磷灰石。

在涂层组合物一些实施方案中，所述生物活性材料可以占所述组合物总重量1-10％，在某些实施方案中，可以占所述组合物总重量5-10％。在某些特定的方案中，可以占所述组合物总重量1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％、或10％。

本申请另一方面涉及本申请提供的涂层组合物在改善植入体生物相容性的用途，包括将所述的涂层组合物应用于所述植入体的表面。

在该应用的一些实施方案中，所述应用包括将所述涂层组合物涂布于植入体的表面。

本申请再一方面提供改善植入体生物相容性的方法，包括将本申请提供的涂层组合物施加于植入体表面。

本申请又一方面提供一种植入体，包括植入体本体以及附着于所述本体表面的涂层，其中所述涂层包括本申请提供的涂层组合物。

本申请另一方面提供制备植入体的方法，所述植入体包括本体，所述方法包括：将本申请提供的涂层组合物在所述本体表面形成涂层。

在本申请上述应用涂层组合物的各个方面中，所述涂层组合物可以通过喷涂工艺在植入体表面形成涂层，例如通过粉末喷涂工艺进行。

附图说明

图1图示本申请高分子材料与生物相容性或/及生物活性材料制成复合材料的过程。

图2示出了本申请涂层组合物的喷涂到植入体以及固化过程。

图3示出了应用本申请一些涂层组合物后进行细胞计数实验的结果。

图4示出了应用本申请另一些涂层组合物后进行细胞计数实验的结果。

详细描述

以下通过结合具体实施方式或实施例对本申请的各个方面予以详细说明和描述。应该理解，这些实施方式/实施例仅仅是示例性的，不应构成对要求保护的发明范围的限制。

定义

本申请中使用的术语“大约”/“约”，在和颗粒的尺寸范围或其它物理性质如温度或化学特性一起使用时，术语“大约”/“约”用以包含颗粒的尺寸范围的上下限可能有的轻微变化，这样可避免排除大多数平均尺寸均满足但统计尺寸可能落在范围之外的实施方式。本发明并非要将诸如此类实施方式排除在外。

本申请中使用的术语“植入体”是指可用于生物体(主要指人和动物)的各种医学植入体，用于替代、修复组织器官，包括但不限制：骨科植入物、牙科植入物等，包括金属材料、无机材料(如陶瓷材料)、有机材料(如合成高分子材料)、天然生物材料等天然或人造材料。

本申请中使用的术语“生物相容性材料”是指该材料在植入生物内后不对生物体产生明显的有害效应。

本申请中使用的术语“生物活性材料”是指该材料在植入生物体内后可以和周围环境发生良性的生理反应，刺激生物体内细胞的再生。

本申请中使用的术语“高分子材料”，是指本领域所述技术人员熟知的、可用于本领域的那些高分子材料，包括涂料、树脂、橡胶、塑料、纤维、胶粘剂和高分子基复合材料等，一般系指涂料、树脂、胶粘剂类的高分子材料。

本申请中使用的术语“纳米级颗粒”是指平均颗粒直径在约1纳米至约100纳米的范围内的颗粒。

本申请中使用的术语“亚微米级颗粒”是指平均颗粒直径在约100纳米至约1微米的范围内的颗粒。

本申请中使用的术语“微米级颗粒”是指平均颗粒直径在约1.0微米至约100微米的范围内的颗粒。

针对目前对植入体表面进行改性的方法中存在的缺点，发明人发现将本申请中公开的涂层组合物应用到植入体上，可以提高植入体表面的生物相容性能。

本申请一方面提供涂层组合物，所述涂层组合物包括：

高分子材料(通常占所述组合物总重量30-90％，优选40-75％，更优选50-65％)，以及

占所述组合物总重量0.1-10％的纳米级颗粒，或/和

占所述组合物总重量1-50％的生物相容材料，或占所述组合物总重量0.1-20％的生物活性材料，或其组合，

其中，当所述组合物包括所述高分子材料以及所述生物相容材料或/和所述生物活性材料时，所述高分子材料以及所述生物相容材料或/和所述生物活性材料在组合物中以微米级混合物形式存在。

在本申请的涂层组合物中，所述高分子材料是涂层组合物的基料，通常可选自树脂、胶粘剂类的高分子材料。本领域所属技术人员容易确定在某特定方案可以选用的具体材料。例如，可以选择那些具有粘合度较强的树脂类材料，如适合分子量环氧树脂、聚丙烯酸脂、聚胺脂、聚酯、或其混合物。高分子材料在涂层组合物中的含量没有特别限制，主要是要考虑组合物中其它成分的添加量。通常高分子材料可占组合物总重量的30-90％。在一些优选的实施方案中可以组合物总重量的40-75％，在另一些优选实施实施方案中，可以占50-65％。

本申请涂层组合物中的纳米级颗粒材料的作用是改善植入体的表面结构。尽管没有理论上的确认，但是可以理解纳米级颗粒材料的加入使得植入体表面涂层能够形成纳米级形态结构，进而增加涂层的生物相容性。纳米级颗粒在涂层组合物中的含量一般可占所述组合物总重量的0.1-10％，在一些实施方案中，可占所述组合物总重量的0.5-2％，在另一些实施方案中，可占所述组合物总重量的2-5％。纳米级颗粒材料通常选择生物相容性材料，但是由于其加入量较少，也可以是非生物相容性的，条件是所选择的纳米级颗粒材料有利于形成涂层纳米结构形态。纳米级颗粒材料可选择无机矿物或金属氧化物等无机纳米材料，包括二氧化钛、二氧化硅、氧化铝，其中二氧化钛是优选的。

在涂层组合物中，可进一步包含生物相容材料。在此情况下，通过将高分子材料和具有高度生物相容性材料均匀地融合，形成微米级复合材料粉末，从而可增加所形成涂层的生物相容性。所述生物相容材料可以占所述组合物总重量的1-50％。在一些实施方案中，生物相容材料可以占所述组合物总重量的10-30％，在另外一些实施方案中，所述生物相容材料可以占所述组合物总重量的10-20％。生物相容材料可选自生物惰性陶瓷如氧化物陶瓷、Si3N4陶瓷、玻璃陶瓷，医用碳素材料，以及医用金属材料与金属氧化物如金属钛、钛合金、二氧化钛、氧化钴、氧化钙、氧化锆等。在一些方案中，生物相容材料选自二氧化钛或金属钛。

在本申请的涂层组合物实施方案中，可以包括生物活性材料。在此情况下，通过将高分子材料和具有生物活性材料均匀地融合，形成微米级复合材料粉末，从而可增加所形成涂层的生物相容性。涂层中含有生物活性材料本身可进一步增加涂层的生物相容性。生物活性材料可以占所述组合物总重量0.1-20％，在某些实施方案中可以占所述组合物总重1-10％，在另外某些实施方案中，可以占所述组合物总重量5-10％。在某些特定的方案中，可以占所述组合物总重量1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％、或10％。

可以选择的生物活性材料包括陶瓷类材料如磷酸钙基生物陶瓷、硅酸三钙、硅酸二钙、氢氧化钙等；矿物材料如MTA(mineral trioxideaggregates)。

本申请的涂层组合物中，可以加入其它添加材料，例如颜料如有机红、有机黄，填料如硫酸钡等，以及其它助剂如流平剂、脱气剂等。应该理解，这些添加材料的加入不是本发明的要点，本领域所属技术人员很容易根据需要确定，但是其加入不应影响对本申请中各个方面技术问题的解决。具体添加材料和加入量可以根据植入体的具体用途确定。

将本申请的涂层组合物在植入体上形成生物相容性涂层可以通过多种方法进行。例如将涂层组合物制成粉末，则可以使用常规的粉末喷涂方法，比如电晕或摩擦静电喷涂，进行喷涂。又例如将涂层组合物制成液体、或溶解或悬浮在液体中，则可以使用常规的液体喷涂方法进行喷涂。

可以例举的涂层组合物一些特定的实施方案包括：

1.a.55％高分子材料(环氧树脂或聚酯)，

b.25％生物相容材料(二氧化钛或金属钛)

c.0.5-2％纳米级颗粒材料(二氧化钛或二氧化硅)

d.余量的填料等添加材料。

2.a.55％高分子材料(环氧树脂或聚酯)，

b.25％生物相容材料(二氧化钛或金属钛)

c.0.5-2％纳米级颗粒材料(二氧化钛或二氧化硅)

d.1-10％生物活性材料(MTA或羟基磷灰石)

e.余量的填料等添加材料。

3.a.55％高分子材料(环氧树脂或聚酯)，

b.0.5-2％纳米级颗粒材料(二氧化钛或二氧化硅)

c.余量的填料等添加材料。

下面以粉末形态的涂层组合物为例，描述本申请的涂层组合物的制备和将其形成于植入体表面形成涂层的方法。

当涂层组合物包括高分子材料和具有生物相容性或/及生物活性材料时，参见图1：首先高分子材料按照一定的比例与生物相容性或/及生物活性材料进行物理上的充分均匀混合。然后将混合物放入挤塑机中，与可能所需要的其它添加材料等混合后在挤塑机中进行高温融合后，从挤塑机中以膏状形式挤出，成型和冷却后形成片状。挤出的片状物是高分子材料与生物相容性或/及生物活性添加材料的均匀混合物，通过粉碎机粉碎成颗粒平均直径在10至50微米之间的微米级颗粒。然后使用适当孔径的网筛进行筛选。这样就制备好了高分子材料和生物相容性或/及生物活性材料的复合粉末。如果在此过程中不加入生物相容性或/及生物活性材料，所制备的材料就是通常在粉末喷涂领域中所用的高分子喷涂材料。

如需要在上述步骤得到的微米级复合粉末材料中加入纳米级颗粒材料，则将两种粉末充分混合即可。

如果涂层组合物仅含高分子材料和纳米级颗粒材料，则在高分子材料和必须的添加材料融合、挤出，粉碎过筛制成微米级粉末后，和纳米级颗粒材料充分混合即可。

图2显示了将涂层组合物施于植入体本体表面的一种实施方案。纳米级颗粒材料与微米级高分子粉末通过充分均匀混合后，通过静电喷枪喷到植入体表面。随后通过加热处理(有时也可以是用紫外光等其它方式)，在一定的温度下使涂层组分融熔、流平和固化，冷却后形成与植入体紧密结合涂层。

实施例

测试方法：

以下方法适用于对实施例1和2制得的涂层的测试。

A.涂层材料的物理性质测试

a)利用扫描电子显微镜对涂层表面进行观察

b)利用原子力显微镜对涂层的三维形态结构进行观察

c)利用台阶仪对涂层的表面粗糙度进行测试

d)利用X射线能量分析光谱仪对涂层的元素成分进行观察

e)利用喷涂行业通用的划格器及专用胶带对涂层与生物材料的粘合力进行测试

B.生物相容性测试：

f)24小时和72小时的培养后，利用扫描电子显微镜对培养在涂层表面的细胞的生长以及繁殖情况进行观察

g)72小时和7天培养后，利用荧光显微镜对培养在涂层表面的细胞的细胞骨架的形态结构进行观察，从而了解其在涂层表面的生长以及繁殖情况

h)24小时和72小时的培养后，利用细胞计数试验和MTT分析法对生长在涂层表面细胞的数量以及新陈代谢活性进行测试，从而了解其在涂层表面的生长以及繁殖情况

i)4个星期培养后，利用Alizarin Red Staining试验对生长在涂层表面的细胞进行钙元素染色，从而了解其在涂层表面的分化情况

j)4个星期的培养后，利用RNA提取技术，反转录酶-聚合酶链锁反应技术，对促进细胞分化的基因，如促进细胞成骨分化基因GAPDH，Collagen I和Runx 2的表达进行了测试，从而了解了细胞在涂层表面的分化情况。

实施例1

本实验中，我们设计了8种材料制备涂层组合物。8种材料的成分组成如下表1所述(所涉及组分均为重量百分比，以涂层材料的总重量为100％)：

表1

以上表中的填料为硫酸钡，助剂选自脱气剂、流平剂和固化剂。

试验中，我们将高分子粉末(环氧树脂，DER 663，美国陶氏化学；聚酯，CrylCoat 2440-2，美国UCB Surface Specialities公司)与二氧化钛生物相容性材料进行充分的物理混和(PPC-1中不含二氧化钛)，并和填料等添加材料混合后放入挤塑机(SLJ30双螺杆挤出机，烟台东辉粉末设备有限公司)中，在挤塑机中95℃月月月下融合，成型、冷却后，将片状复合粉末通过高速粉碎机粉碎成颗粒平均直径在15至30微米之间的微米级颗粒。然后使用45微米的网筛进行筛选，在经过筛选的微米级颗粒中加入一定量的亚微米级聚四氟乙烯(PTFE)(

MP1000，美国杜邦公司)，再加入纳米级二氧化钛(P25，美国Evonik公司)或二氧化硅颗粒(R972，美国Evonik公司)。纳米级添加材料与微米级颗粒通过粉碎机的充分均匀混合后，通过静电喷枪喷涂在金属钛植入体基材表面形成涂层，在200℃下固化10十分钟。

对固化后的粉末涂层，我们进行了一系列的物理性能以及生物相容性的测试。结果表明，在植入体表面涂层的物理性质方面：

(1)对比PPC-1至PPC-8中各个组分不同的涂层材料，添加亚微米级的聚四氟乙烯(PTFE)明显地增加了涂层表面的微米级形态结构，而添加纳米级二氧化钛或二氧化硅颗粒明显地增加了涂层表面的纳米级形态结构。

(2)PPC-1至PPC-8的所有涂层组合物材料中的各种组成成分可以很好的融合并形成组成均一的涂层。

(3)PPC-1至PPC-8的所有涂层均与基材有较强的粘结力。

图3显示了24小时与72小时细胞计数实验的结果。

1)经过24小时在PPC-1至PPC-8各个涂层表面培养后，生长在PPC-6涂层表面的胚胎腭突间充质细胞数量最多。

2)经过72小时在PPC-1至PPC-8各个涂层表面培养后，生长在PPC-6涂层表面的胚胎腭突间充质细胞数量还是最多，并且较24小时的细胞个数，增加最为显著。

此结果表明，PPC-6涂层对胚胎腭突间充质细胞的生长、繁殖具有最显著的促进作用。

在生物相容性方面的测试表明：

(1)PPC-1至PPC-8都具有生物相容性，细胞都可以再生长。

(2)PPC-1的生物相容性最低，这主要是由于PPC-1中没有大量二氧化钛的存在。

(3)PPC-2的生物相容性大于PPC-1、而小于PPC-3，表明随着二氧化钛存在量的加大，生物相容性亦增加。

(4)纳米级二氧化钛与纳米级二氧化硅相比，除了均可以增加表面纳米结构外，本身还具有更强的生物相容性，所以PPC-4的生物相容性大于PPC-3。

(5)亚微米级聚四氟乙烯(PTFE)虽然可以明显地增加涂层表面的微米级形态结构，但是微米级结构对增加涂层的生物相容性没有明显的作用。与之相对比的是，纳米级二氧化钛颗粒可以明显地增加涂层表面的纳米级结构，而大量的纳米结构可以极大的提高涂层的生物相容性。

(6)PPC-6表现出了最好的生物相容性，可以很好的促进胚胎腭突间充质细胞(human embryonic palatal mesenchymal cells)在基材表面的粘附、生长、繁殖以及分化。这主要归功于在涂层组合物中加入了大量具有生物相容性质的二氧化钛以及纳米级二氧化钛对涂层表面纳米结构的加强，又同时避免了由亚微米级聚四氟乙烯(PTFE)导致的大量的微米形态结构的存在。

实施例2

此研究的目的加入生物活性材料MTA(Mineral TrioxideAggregates)对涂层性能的影响。

本实验中，我们设计了6种涂层材料，并与实施例1中的PPC-6进行对比。6种涂层材料的成分组成如下表2所示：

表2

以上表中的填料为硫酸钡，助剂选自脱气剂、流平剂和固化剂。

试验中，我们将聚酯(CrylCoat 2440-2，美国UCB SurfaceSpecialities公司)粉末与1％、5％、10％的MTA(ProRoot MTA，美国Dentsply公司)，以及二氧化钛进行充分物理混合后，再与所需的填料、颜料等混合后在挤塑机中进行高温融合，然后将从挤塑机中挤出的块状材料与生物活性添加材料的均匀混合物，通过高速粉碎机粉碎成颗粒直径在15至30微米之间的微米级颗粒，再使用45微米的网筛进行筛选后。在经过筛选的微米级复合粉末中加入0.5％的纳米级二氧化钛添加材料，把纳米级颗粒添加剂与微米级复合粉末通过粉碎机充分均匀地混合后，通过电晕静电喷枪在金属钛基材表面形成粉末涂层，在200℃下固化10十分钟。

对固化后的涂层，我们进行了一系列的物理性能以及生物相容性的测试。

结果表明，在涂层的物理性质方面：

(1)PPC-6、GMPPC-6、WMPPC-6表面具有相似的纳米级结构。

(2)PPC-6、GMPPC-6、WMPPC-6涂层材料中的各种组成成分均可以很好的融合形成组成均一的涂层。

(3)PPC-6、GMPPC-6、WMPPC-6与基材都有很强的粘结力。

图4显示了24小时与72小时细胞计数实验的结果。

1)经过24小时在PPC-6、GMPPC-6a、GMPPC-6b、GMPPC-6c、WMPPC-6a、WMPPC-6b、WMPPC-6c涂层表面培养后，生长在GMPPC-6与WMPPC-6涂层表面的胚胎腭突间充质细胞较PPC-6的数量更多。

2)经过72小时在PPC-6、GMPPC-6、WMPPC-6涂层表面培养后，生长在GMPPC-6、WMPPC-6涂层表面的胚胎腭突间充质细胞较PPC-6的数量更多，并且生长在GMPPC-6表面的胚胎腭突间充质细胞数量，较24小时细胞个数，增加最为显著。

此结果表明，GMPPC-6、WMPPC-6涂层较PPC-6涂层对胚胎腭突间充质细胞的生长、繁殖具有更为显著的促进作用。

在生物相容性方面测试表明：

(1)对比生物相容性已经很高的PPC-6涂层，加入具有高度生物活性的灰色MTA和白色MTA，均可以进一步大大提高涂层的生物相容性，极大的促进胚胎腭突间充质细胞在纯钛表面的粘附、生长、繁殖以及分化。

(2)随着灰色MTA和白色MTA在涂层组合物中含量的增加，GMPPC、WMPPC涂层的生物相容性亦随之增加。此种生物相容性的额外增加，可能主要来源于MTA这种高度生物活性的加入。

应该理解，本申请中针对本发明某一特定方面、特定实施方式、特定实施例所描述的各具体技术特征、各组成元素(化合物、组合物、组分、步骤)并不限于这些特定方面、特定实施方式、特定实施例。即从本领域所属技术人员的高度理解，除非所述的各具体技术特征、各组成元素(化合物、组合物、组分、步骤)与本申请中其它方面、实施方式、实施例中的各具体技术特征、各组成元素(化合物、组合物、组分、步骤)特征冲突，否则它们也可以用于本申请中其它方面、实施方式、实施例。

同时，除非相互冲突，本申请中公开的所有技术特征(包括方法中的所有步骤)可以以任意形式进行组合形成不同的本发明的技术方案。

Claims (23)

1.涂层组合物在改善植入体生物相容性的用途，所述组合物包括：

高分子材料(通常占所述组合物总重量30-90％，优选40-75％，更优选50-65％)，以及

占所述组合物总重量0.1-10％(优选0.3-5％，更优选0.5-2％)的纳米级颗粒，或/和

占所述组合物总重量1-50％(优选10-25％)的生物相容材料，或占所述组合物总重量0.1-20％(优选0.1-10％)的生物活性材料，或其组合，

其中，当所述组合物包括所述高分子材料和所述生物相容材料或/和所述生物活性材料时，所述高分子材料和所述生物相容材料或/和所述生物活性材料在组合物中以微米级混合物形式存在。

2.权利要求1的用途，其中所述生物活性材料选自：生物活性陶瓷类材料，如磷酸钙基生物陶瓷、硅酸三钙、硅酸二钙、氢氧化钙等；以及矿物材料，如MTA、羟基磷灰石等。

3.权利要求1或2的用途，其中所述生物相容材料选自生物惰性陶瓷如氧化物陶瓷、Si3N4陶瓷、玻璃陶瓷，医用碳素材料，以及医用金属材料与金属氧化物如金属钛、钛合金、二氧化钛、金属钛、氧化钙、氧化锆等。

4.权利要求1-3任意权利要求的用途，其中包括将所述组合物涂布于植入体表面，优选使用喷涂工艺将所述组合物在植入体表面形成涂层，更优选使用粉末喷涂工艺。

5.权利要求1-4的用途，其中所述高分子材料为涂料、树脂以及胶粘剂类的高分子材料，包括环氧树脂、聚丙烯酸脂、聚胺脂、聚酯、以及它们的混合物。

6.改善植入体生物相容性的方法，包括将下列涂层组合物施加于植入体表面，所述组合物包括：

高分子材料(通常占所述组合物总重量30-90％，优选40-75％，更优选50-65％)，以及

占所述组合物总重量0.1-10％(优选0.3-5％，更优选0.5-2％)的纳米级颗粒，或/和

占所述组合物总重量1-50％(优选10-25％)的生物相容材料，或占所述组合物总重量0.1-20％(优选0.1-10％)的生物活性材料，或其组合，

其中，当所述组合物包括所述高分子材料和所述生物相容材料或/和所述生物活性材料时，所述高分子材料和所述生物相容材料或/和所述生物活性材料在组合物中以微米级混合物形式存在。

7.权利要求6的方法，其中所述生物活性材料选自：生物活性陶瓷类材料，如磷酸钙基生物陶瓷、硅酸三钙、硅酸二钙、氢氧化钙等；矿物材料，如MTA、羟基磷灰石等。

8.权利要求6或7的方法，其中所述生物相容材料选自生物惰性陶瓷如氧化物陶瓷、Si3N4陶瓷、玻璃陶瓷，医用碳素材料，以及医用金属材料与金属氧化物如金属钛、钛合金、二氧化钛、氧化钴、氧化钙、氧化锆等。

9.权利要求6-8任意权利要求的方法，其中包括将所述组合物涂布于植入体表面，优选使用喷涂工艺将所述组合物在植入体表面形成涂层，更优选其中喷涂工艺为粉末喷涂工艺。

10.权利要求6-9任意权利要求的方法，其中所述高分子材料为涂料、树脂以及胶粘剂类的高分子材料，选自环氧树脂、聚丙烯酸脂、聚胺脂、聚酯、以及它们的混合物。

11.植入体，包括植入体本体以及附着于所述本体表面的涂层，其中所述涂层包括：

高分子材料(通常占所述组合物总重量30-90％，优选40-75％，更优选50-65％)，以及

占所述组合物总重量0.1-10％(优选0.3-5％，更优选0.5-2％)的纳米级颗粒，或/和

占所述组合物总重量1-50％(优选10-25％)的生物相容材料，或占所述组合物总重量0.1-20％(优选0.1-10％)的生物活性材料，或其组合，

其中，当所述组合物包括所述高分子材料和所述生物相容材料或/和所述生物活性材料时，所述高分子材料和所述生物相容材料或/和所述生物活性材料在组合物中以微米级混合物形式存在。

12.权利要求11的植入体，其中所述生物活性材料选自：生物活性陶瓷类材料，如磷酸钙基生物陶瓷、硅酸三钙、硅酸二钙、氢氧化钙等；以及矿物材料，如MTA、羟基磷灰石等。

13.权利要求11或12的植入体，其中所述生物相容材料选自生物惰性陶瓷如氧化物陶瓷、Si3N4陶瓷、玻璃陶瓷，医用碳素材料，以及医用金属材料与金属氧化物如金属钛、钛合金、二氧化钛、氧化钴、氧化钙、氧化锆等。

14.权利要求11-13任意权利要求的植入体，其中所述涂层通过喷涂工艺，优选通过粉末喷涂工艺形成于植入体本体表面。

15.权利要求11-14任意权利要求的植入体，其中所述高分子材料为涂料、树脂以及胶粘剂类的高分子材料，选自环氧树脂、聚丙烯酸脂、聚胺脂、聚酯、以及它们的混合物。

16.制备植入体的方法，所述植入体包括本体，所述方法包括：将组合物在所述本体表面形成涂层，所述组合物包括：

高分子材料(通常占所述组合物总重量30-90％，优选40-75％，更优选50-65％)，以及

占所述组合物总重量0.1-10％(优选0.3-5％，更优选0.5-2％)的纳米级颗粒，或/和

占所述组合物总重量1-50％(优选10-25％)的生物相容材料，或占所述组合物总重量0.1-20％(优选0.1-10％)的生物活性材料，或其组合，

其中，当所述组合物包括所述高分子材料和所述生物相容材料或/和所述生物活性材料时，所述高分子材料和所述生物相容材料或/和所述生物活性材料在组合物中以微米级混合物形式存在。

17.权利要求16的方法，其中所述微米级生物活性材料选自：生物活性陶瓷类材料，如磷酸钙基生物陶瓷、硅酸三钙、硅酸二钙、氢氧化钙等；以及矿物材料，如MTA、羟基磷灰石等。

18.权利要求16或17的方法，其中所述生物相容材料选自生物惰性陶瓷如氧化物陶瓷、Si3N4陶瓷、玻璃陶瓷，医用碳素材料，以及医用金属材料与金属氧化物如金属钛、钛合金、二氧化钛、氧化钴、氧化钙、氧化锆等。

19.权利要求16-18任意权利要求的方法，其中所述涂层通过喷涂工艺优选通过粉末喷涂工艺将所述组合物在植入体表面形成。

20.权利要求16-19任意权利要求的方法，其中所述高分子材料为涂料、树脂以及胶粘剂类的高分子材料，选自环氧树脂、聚丙烯酸脂、聚胺脂、聚酯、以及它们的混合物。

21.改善植入体生物相容性的组合物，包括：

高分子材料(通常占所述组合物总重量30-90％，优选40-75％，更优选50-65％)，以及

占所述组合物总重量0.1-10％(优选0.3-5％，更优选0.5-2％)的纳米级颗粒，或/和

占所述组合物总重量1-50％(优选10-25％)的生物相容材料，或占所述组合物总重量0.1-20％(优选0.1-10％)的生物活性材料，或其组合，

其中，当所述组合物包括所述高分子材料和所述生物相容材料或/和所述生物活性材料时，所述高分子材料和所述生物相容材料或/和所述生物活性材料在组合物中以微米级混合物形式存在。

22.权利要求21的组合物，其中所述生物活性材料选自：生物活性陶瓷类材料，如磷酸钙基生物陶瓷、硅酸三钙、硅酸二钙、氢氧化钙等；以及矿物材料，如MTA、羟基磷灰石等。

23.权利要求21或22的组合物，其中所述高分子材料为涂料、树脂以及胶粘剂类的高分子材料，选自环氧树脂、聚丙烯酸脂、聚胺脂、聚酯、以及它们的混合物。

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