CN103757683A - 一种光交联型生物基涂层的电沉积制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种光交联型生物基涂层的电沉积制备方法。该制备方法包括：利用含光敏基团的双亲性离子型生物基大分子自组装得到胶束粒子，及包覆“功能因子”的复合自组装胶束粒子；通过恒电位电沉积技术在医用金属表面成膜，经紫外光照交联反应使胶束粒子发生交联，得到基于自组装胶束膜的医用生物涂层材料。本方法操作简便，条件温和，适用范围广。
Description
技术领域
本发明涉及高分子材料和医用生物涂层相结合的技术领域，尤其是涉及一种生物基涂层的电沉积制备方法。
背景技术
本世纪以来，随着科学技术和生产力的迅猛发展，人们的生活质量不断提高以及寿命得到延长。如何提高患者在医学治疗中的康复效率，备受医学界和材料工作者的关注。生物医用材料的迅速发展，为实现这种要求提供了可能。另一方面，我国作为一个正走向人口老龄化的世界第一人口大国，对生物医用材料的需求也越来越大。
在所有生物医用材料中，生物医用金属材料以其优良的力学性能（如高机械强度和抗疲劳性能）、加工性能和可靠性在临床医学中获得广泛的应用。已经用于临床的医用金属材料主要有不锈钢、钴基合金和钛基合金三大类，此外还有形状记忆合金、贵金属以及纯金属钽、铌、锆等。但目前的研究结果表明，生物医用金属材料是一种生物惰性材料，即在生物环境中能保持稳定，不发生或仅发生微弱化学反应的生物医学材料，将医用金属材料应用在临床上易导致毒副作用、炎症、过敏反应和植入失效。因此，如何提高医用金属材料在植入体内的生物活性是摆在科学研究者面前的一个难题。
生物活性是指生物材料与活体组织产生化学键合的能力，是生物医用材料研究设计中首先考虑的重要问题,是衡量生物材料的一个重要指标。一些生物医用高分子材料，如天然高分子材料，合成的多肽、仿酶、仿核酸和一些可降解的合成高分子材料，都被视为生物活性材料。此类生物医用材料虽然具有良好的生物活性，但由于机械性能较差，难以满足作为植入材料的要求，其作为生物医用材料在临床上的应用受到极大的限制。
因而，研究者们试图将力学性能优异的生物惰性医用金属材料与生物活性良好的医用高分子材料结合在一起，增加其作为医学植入材料的成功几率。其中以医用金属表面高分子涂层材料的制备最受关注。Y. S. Hedberg等将溶菌酶和牛血清蛋白吸附在316L不锈钢的表面，研究结果表明上述两种物质与不锈钢基材之间具有较强的结合强度（Langmuir, 2012, 28: 16306-16317）；A. M. Slane等采用硅烷偶联剂法在不锈钢植入材料表面制备生物相容性良好的碳水化合物膜材料（Appl. Mater. Interfaces, 2011, 3: 1601-1612）；T. Liebert等采用浸涂法在医用钛合金表面制备葡聚糖生物涂层，该涂层对人体纤维母细胞及成骨细胞均具有良好的细胞相容性（Biomacromolecules, 2011, 12: 3107-3113）；P. N. Kumta课题组在医用镁合金表面制备了生物可降解聚合物涂层，涂层不但提高了镁合金的耐腐蚀性能，而且对成骨细胞具有良好的细胞相容性（Acta Biomaterialia, 2013, 9: 8704-8713）。上述研究结果表明将生物基大分子涂层材料应用于医用金属表面，可显著提高医用金属的生物活性。
近年来，随着医用生物基涂层材料研究的不断深入，涂层的功能化成为一个新趋势，科学研究者们在这方面也取得了许多丰硕的成果。Y. Nakayama等采用温敏性的肝素生物共轭体制备了抗凝血涂层材料，该材料不但具有优良的生物相容性，而且抗凝血效应优异（Bioconjugate Chemistry, 2011, 22: 193-199）；A. M. Peterson等在医用钛合金表面制备了负载蛋白质的聚合物电解质涂层，涂层具有pH响应性，通过调节涂层的厚度及释放溶液环境的pH值，可以达到控制药物释放的目的（Biomacromolecules, 2012, 13: 3120-3126）；S. Kunjukunju等利用层层自组装技术，在医用镁合金表面制备天然聚多糖涂层，并以EDC·HCl和NHS为交联剂，制备了交联化及负载纤连蛋白的天然聚多糖涂层，研究表明，交联及负载纤连蛋白的涂层可进一步提高成骨细胞的增殖与生长（Acta Biomaterialia, 2013, 9: 8690-8703）；P. Lu等制备了负载紫杉醇药物的生物涂层，并对涂层的药物释放性能进行了研究，通过改变涂层的结构与组成，可调控药物的释放，达到紫杉醇缓释效果（Colloids and Surfaces B: Biointerfaces, 2011, 83: 23-28）。涂层的功能化实际上而言就是在医用涂层中引入功能化基元，赋予涂层特殊的功能特性，如抗菌性、抗炎特性、抗凝血性等。功能基元的引入常采用化学法或物理包埋法。
医用金属表面涂层的发展与其制备方法息息相关，就目前而言，主要的制备方法包括：等离子喷涂法、激光涂覆法、溶胶凝胶法、仿生法、浸涂法、旋涂法、层层自组装法、电沉积法等。其中电沉积法可以在形状复杂的基体上制备出均匀的涂层；同时，通过控制电解液浓度、电压、电流、温度、时间等实验参数，能有效地控制涂层的厚度、表面结构、基体与涂层间的结合强度等；此外，电沉积方法所需设备投资少、生产费用较低、对原材料的利用率高、工艺简单、易于操作、条件温和，是一种比较方便而且经济的方法。由于电沉积法具有上述诸多优点，在生物涂层材料的制备中受到众多研究者的青睐。
双亲性生物基大分子自组装得到形态各异的组装聚集体，包括球状、棒状、囊泡状、片状等，在光电器件、药物控释、微反应器、催化、传感器、仿生自组装、生物医学等领域展现出极其重要的应用前景。在双亲性生物基大分子中引入羧基、氨基、叔氨基团等pH响应性基元，则可以通过调控溶液的pH值使自组装胶束粒子表面荷电，结合电沉积技术，胶束粒子可于医用金属表面成膜，形成涂层材料。本课题组采用阴极电泳技术将荷正电的胶束粒子于玻碳电极表面制备印迹膜材料，该印迹电极对模板分子葡萄糖具有良好的识别性能和响应性能（专利文献：WO 2111/095033 A1；文章：Biosensors and Bioelectronics, 2011, 26: 2607-2612），该研究结果表明，电诱导胶束粒子制备膜或涂层材料具有可实际操作性。自组装胶束粒子的尺寸一般在10~1000 nm之间，是一种优良的载体系统。Y. X. Cheng等研究了温敏性双亲聚己内酯自组装胶束粒子对抗癌药物的释放性能，研究表明通过控制不同温度，可实现对抗癌药物阿霉素和罗丹红的缓释（Biomacromolecules, 2012, 13: 2163-2173）；W. C. She等制备了具有pH响应性的双亲肝素自组装胶束粒子，通过控制释放环境的pH值调控药物阿霉素的释放速率（Biomaterials, 2013, 34: 2252-2264）；Y. P. Hou等制备负载牛血清蛋白的双亲性壳聚糖胶束粒子，对蛋白实现包覆和缓释（Journal of biomedical materials research A, 2012, 100A (4): 939-947）；Y. I. Chung等制备了载有rhVEGF生长因子和溶菌酶的肝素功能化的聚乳酸-羟基乙酸共聚物胶体粒子，释放实验显示，生长因子和溶菌酶均可缓慢释放（Biomaterials, 2006, 27: 2621-2626）。
根据上述研究成果，我们不禁会提出这样的疑问：负载药物、蛋白、生长因子的胶束粒子具有抗炎、促进细胞增殖等功能特性，将其应用于生物医用涂层材料领域，能否实现涂层的功能化？C. T. Lo等制备了分别含有地塞米松和质粒DNA的PLGA纳米粒子，并采用浸涂法于二氧化硅表面制备了涂层材料，该涂层对地塞米松和质粒DNA具有可控释放特性（Biomaterials, 2010, 31: 3631-3642）；H. J. Lee等采用浸涂法将共聚物自组装胶束纳米粒子及骨形态发生蛋白固定在医用钛合金表面，形成膜涂层材料，研究了蛋白释放性能及涂层的细胞相容性，结果显示所负载的骨形态发生蛋白能够缓慢释放并可以促进人脂肪干细胞的粘附及增殖（Journal of Controlled Release, 2013, 170: 198-208）。以上研究结果启示我们：携带特殊“功能因子”（如蛋白、药物、生长因子、抗炎因子等）的生物基大分子自组装胶束粒子，在制备功能化医用涂层领域同样具有可实际操作性。
发明内容
针对现有技术存在的上述问题，本申请人提供了一种光交联型生物基涂层的电沉积制备方法。本制备方法将分子自组装技术与电沉积技术的优势结合到一起，操作步骤简便，实用性及适用性强。
本发明的技术方案如下：
一种光交联型生物基涂层的电沉积制备方法，具体制备步骤如下：
（1）将原料、引发剂及溶剂混合，在0~100℃下，在常压下搅拌反应20~28 h，反应完成后，所得反应液用纤维素膜透析，再经冷冻干燥，得到光敏双亲性离子型生物基大分子；
所述原料包括生物基大分子和光敏小分子，所述生物基大分子选自：透明质酸、聚谷氨酸、壳聚糖、羟甲基纤维素钠、葡聚糖、海藻酸钠、肝素、聚乳酸、聚乳酸-羟基乙酸共聚物中的一种或几种；
所述光敏小分子选自： 7-氨基-4-甲基香豆素、7-羟基香豆素、7-羟基-4-三氟甲基香豆素、7-氨基-4-三氟甲基香豆素、4-羟基香豆素、肉桂酸、咖啡酸、阿魏酸、4-香豆酸、肉桂酸乙酯、4-溴肉桂酸、阿魏酸乙酯、姜黄素、肉桂酸甲酯、2-羟基肉桂酸、3-羟基肉桂酸、4-二甲氨基肉桂酸、2-氯肉桂酸、4-氯肉桂酸、4-硝基肉桂酸、肉桂酰氯、3,4,5-三甲氧基肉桂酸、4-甲基肉桂酸、DL-N-乙酰氨基肉桂酸、2,3,4-三甲氧基肉桂酸、4-三氟甲基肉桂酸、1-甲基-4-(对甲酰苯乙烯基)吡啶甲基硫酸盐中的一种或几种；
所述引发剂选自：1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐、N-羟基琥珀酰亚胺、1-羟基苯骈三氮唑、4-二甲氨基吡啶中的一种或几种；
所述溶剂体积为20~200 mL，选自：甲烷磺酸、水、二甲亚砜、四氢呋喃、N,N-二甲基甲酰胺中的一种；
所述光敏小分子与与生物基大分子的质量比为0.1~50，所述引发剂与生物基大分子的质量比为0.1~10；
（2）光敏双亲性离子型生物基大分子溶液的配置：将步骤（1）所合成的光敏双亲性离子型生物基大分子溶于良溶剂，配置浓度为1~40 mg/mL的光敏双亲性离子型生物基大分子溶液；
所述良溶剂选自：N,N-二甲基甲酰胺、二甲亚砜、四氢呋喃、二氯甲烷、三氯甲烷、二氧六环、甲烷磺酸、水中的一种或两种混合溶剂；
（3）自组装胶束粒子及包覆“功能因子”复合自组装胶束粒子的制备：
自组装胶束粒子的制备是在搅拌条件下，缓慢向步骤（2）配置的光敏双亲性离子型生物基大分子溶液中加入沉淀剂，诱导光敏双亲性离子型生物基大分子自组装形成胶束粒子，或加入酸调节溶液的pH值为3.5~6诱导组装；然后继续搅拌3~4小时，固定胶束粒子形貌，得到浓度为0.1~25 mg/mL的自组装胶束粒子溶液；
包覆“功能因子”复合自组装胶束粒子的制备是在搅拌条件下，缓慢向步骤（2）配置的光敏双亲性离子型生物基大分子溶液中加入沉淀剂，诱导光敏双亲性离子型生物基大分子自组装形成胶束粒子，在此过程中加入“功能因子”，加入量为光敏双亲性离子型生物基大分子质量的0.1%~50%；然后加入酸或碱调节溶液的pH值为2~6或7~12，促进胶束粒子壳层基团离子化或质子化，保持足够电荷实现电泳过程；然后继续搅拌3~4小时，固定胶束粒子形貌，得到浓度为0.1~25 mg/mL的复合自组装胶束粒子溶液；
所述沉淀剂选自：水、乙醇、甲醇、丁醇、异丙醇、乙二醇丁醚或丙酮中的一种或几种；
所述酸选自：盐酸、甲酸、乙酸、乳酸、硫酸、稀硝酸中的一种或几种；
所述碱选自：氢氧化钠、氢氧化钾、三乙胺、乙醇胺、氨水、二乙醇胺或三乙醇胺中的一种；
（4）胶束电沉积成膜：用金相砂纸打磨医用金属基材，然后对基材进行超声处理；
自组装胶束粒子电沉积成膜：将上述预处理后的医用金属浸入步骤（3）所制备的浓度为0.1~25mg/mL的自组装胶束粒子溶液中，采用电沉积技术施加恒电位电压，使荷电的自组装胶束粒子向医用金属表面泳动并沉积成胶束膜，再经紫外光照交联反应，可固定胶束膜的结构，得到基于自组装胶束粒子的生物医用涂层材料；
包覆“功能因子”复合自组装胶束粒子电沉积成膜：将上述预处理后的医用金属浸入步骤（3）所制备的浓度为0.1~25mg/mL的包覆“功能因子”复合自组装胶束粒子溶液中，采用电沉积技术施加恒电位电压，使荷电的包覆“功能因子”复合自组装胶束粒子向医用金属表面泳动并沉积成胶束膜，再经紫外光照交联反应，可固定胶束膜的结构，得到基于包覆“功能因子”复合自组装胶束粒子的生物医用涂层。
步骤（1）中所合成的光敏双亲性离子型生物基大分子含有叔氨、氨基、羧基基团中的一种或两种。
步骤（3）中所述的“功能因子”选自：抗菌因子、治疗因子、细胞活性因子、抗炎药物、蛋白中的一种或几种。所述抗菌因子选自：青霉素、头孢霉素、氟喹诺酮类药物中的一种或几种；所述治疗因子为阿霉素；所述细胞活性因子选自：纤维母细胞生长因子、胰岛素样生长因子、β转化因子、骨骼生长因子、骨形态发生蛋白中的一种或几种；所述抗炎药物选自：紫杉醇、吲哚美辛、地塞米松、丹参中的一种或几种；所述的蛋白选自：牛血红蛋白、牛血清蛋白、鸡蛋白中的一种或几种。
步骤（3）中所制备的胶束粒子具有pH敏感响应性、离子敏感响应性及光敏感响应性，胶束粒子尺寸在0.1~1000 nm之间。步骤（3）中所述的“功能因子”与光敏双亲性离子型生物基大分子发生的相互作用为静电作用、氢键作用、配位作用、络合作用中的一种或几种。
步骤（4）中所述的医用金属选自：钛及钛合金、钴及钴基合金、316 L不锈钢、镁及镁合金中的一种。步骤（4）中所述的胶束电沉积成膜，其外加的恒电位电压与自组装胶束粒子的荷电相反，所采用的电沉积工艺条件为：恒电位电位值为-180V~180V, 电沉积时间为1s~60 min。
控制光敏双亲性离子型生物基大分子自组装胶束溶液的最终浓度或电沉积工艺的条件，可以调节医用金属表面胶束粒子电沉积膜的致密程度及厚度，从而调控涂层材料的实用性能。
步骤（1）中所合成的光敏双亲性离子型生物基大分子具有优异的pH敏感响应性、离子敏感响应性、光敏感响应性、生物可降解性、生物相容性、细胞相容性。
其中，自组装胶束粒子和包覆“功能因子”的复合胶束粒子是两种粒子；电沉积时两种粒子都可以分别使用，前者电沉积制备的是普通的生物涂层，后者制备的是功能化的涂层，具有抗炎、抗菌、抗凝血等特性，即本发明自组装胶束不但可以制备涂层，还可以赋予涂层功能特性，即功能特性的涂层。
本发明有益的技术效果在于：
本发明对生物基大分子改性，获得具有双亲性、pH响应性、离子响应性、光敏感响应性的功能大分子，经自组装后得到胶束粒子。
胶束粒子表面荷电且具有可光交联特性，本发明创新性地以自组装胶束粒子溶液为沉积液，通过恒电位电沉积技术在医用金属表面成膜，制备生物相容性和生物可降解性均较好的医用生物涂层材料。
相比于硬度较大的无机粒子及聚合物大分子链的电沉积成膜而言，小尺寸的胶束粒子比表面积较大、软硬适中，利于增加电诱导成膜速率及涂层与基材之间的键合能力。同时，还可以选取不同的“功能因子”作为复合自组装单元，制备具有特殊功能的生物医用涂层材料。
附图说明
图1为实施例3制备的自组装胶束粒子电沉积成膜的SEM图。
具体实施方式
实施例1
一种光交联型生物基涂层的电沉积制备方法，具体制备步骤如下：
（1）光敏双亲性离子型生物基大分子的合成：合成壳聚糖光敏双亲性离子型生物基大分子，将0.161 g的壳聚糖、0.633 g的肉桂酸及0.212 g的1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐溶于20 mL甲烷磺酸，0℃下搅拌反应28 h，反应完成后，最终反应液经纤维素膜透析除去未反应的催化剂及小分子，冷冻干燥得到产物；
（2）光敏双亲性离子型生物基大分子溶液的配置：将步骤（1）中所合成的光敏双亲性离子型生物基大分子溶于N,N-二甲基甲酰胺中，配置浓度为5 mg/mL的壳聚糖光敏双亲性离子型生物基大分子溶液；
（3）自组装胶束粒子及包覆“功能因子”复合自组装胶束粒子的制备：自组装胶束粒子的制备是在搅拌条件下，向步骤（2）中配置的5 mg/mL壳聚糖光敏双亲性离子型生物基大分子溶液中滴加沉淀剂水，诱导光敏双亲性离子型生物基大分子自组装形成胶束粒子，继续搅拌3 h，固定胶束形状，得到浓度为1 mg/mL的自组装胶束粒子溶液；包覆“功能因子”复合自组装胶束粒子的制备是在自组装胶束制备过程中加入质量为光敏双亲性离子型生物基大分子质量2%的地塞米松，加乙酸调节溶液的pH=4~6；
（4）胶束电沉积成膜：用1200目的金相砂纸打磨医用钛合金，然后依次用30 mL乙醇和30 mL丙酮对基材进行超声处理；
自组装胶束粒子电沉积成膜：将上述预处理后的医用钛合金浸入步骤（3）所制备的浓度为1 mg/mL的自组装胶束粒子溶液中，采用电沉积技术施加10V恒电位电压，时间60min，使荷电的自组装胶束粒子向医用钛合金表面泳动并沉积成胶束膜，再经紫外线光照进行交联反应，可固定胶束膜的结构，得到基于自组装胶束粒子的生物医用涂层材料；
包覆“功能因子”复合自组装胶束粒子电沉积成膜：将上述预处理后的医用钛合金浸入步骤（3）所制备的包覆“功能因子”复合自组装胶束粒子溶液中，采用电沉积技术施加10V恒电位电压，时间60min，使荷电的包覆“功能因子”复合自组装胶束粒子向医用钛合金表面泳动并沉积成胶束膜，再经紫外光照交联反应，可固定胶束膜的结构，得到基于包覆“功能因子”复合自组装胶束粒子的生物医用涂层。
实施例2
一种光交联型生物基涂层的电沉积制备方法，具体制备步骤如下：
（1）光敏双亲性离子型生物基大分子的合成：合成聚谷氨酸光敏双亲性离子型生物基大分子，将0.659 g的聚谷氨酸、1.933 g的7-氨基-4-甲基香豆素、0.671 g的1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐及0.5g 4-二甲氨基吡啶溶于150 mL二甲亚砜，25℃下搅拌反应20 h，反应完成后，最终反应液经纤维素膜透析除去未反应的催化剂及小分子，冷冻干燥得到产物；
（2）光敏双亲性离子型生物基大分子溶液的配置：将步骤（1）中所合成的光敏双亲性离子型生物基大分子溶于良溶剂二甲亚砜中，配置浓度为20 mg/mL的聚谷氨酸光敏双亲性离子型生物基大分子溶液；
（3）自组装胶束及包覆“功能因子”复合自组装胶束粒子的制备：自组装胶束制备是在搅拌条件下，向步骤（2）中配置的20 mg/mL聚谷氨酸光敏双亲性离子型生物基大分子溶液中滴加沉淀剂乙醇，诱导光敏双亲性离子型生物基大分子自组装形成胶束粒子，继续搅拌4 h，固定胶束形状，得到浓度为10 mg/mL的自组装胶束粒子溶液；包覆“功能因子”复合自组装胶束粒子的制备是在自组装胶束制备过程中加入质量为光敏生物基大分子质量35 %的吲哚美辛，加三乙胺调节溶液的pH=7~8；
（4）胶束电沉积成膜：用1200目的金相砂纸打磨医用钴基合金，然后依次用30 mL乙醇和30 mL丙酮对基材进行超声处理；
自组装胶束粒子电沉积成膜：将上述预处理后的钴基合金浸入步骤（3）所制备的胶束粒子溶液中，采用电沉积技术施加150 V恒电位电压，时间2 min，使荷电的胶束粒子向钴基合金表面泳动并沉积成胶束膜，再经紫外线光照进行交联反应，可固定胶束膜的结构，得到基于自组装胶束粒子的生物医用涂层材料；
包覆“功能因子”复合自组装胶束粒子电沉积成膜：将上述预处理后的医用钴基合金浸入步骤（3）所制备的包覆“功能因子”复合自组装胶束粒子溶液中，采用电沉积技术施加150 V恒电位电压，时间2 min，，使荷电的包覆“功能因子”复合自组装胶束粒子向医用钴基合金表面泳动并沉积成胶束膜，再经紫外光照交联反应，可固定胶束膜的结构，得到基于包覆“功能因子”复合自组装胶束粒子的生物医用涂层。
实施例3
一种光交联型生物基涂层的电沉积制备方法，具体制备步骤如下：
（1）光敏双亲性离子型生物基大分子的合成：将2 g透明质酸溶于100 mL溶剂水中，加入10g 7-氨基-4-甲基香豆素，引发剂7g 1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐、12g N-羟基琥珀酰亚胺，4℃下搅拌反应24 h。反应液经纤维素膜透析除去未反应的催化剂及小分子单体，冷冻干燥得到光敏双亲性离子型生物基大分子。
（2）光敏双亲性离子型生物基大分子溶液的配置：将步骤（1）中的光敏双亲性离子型生物基大分子，在良溶剂水中配置浓度为3 mg/mL溶液；
（3）自组装胶束及包覆“功能因子”复合自组装胶束粒子的制备：自组装胶束制备是在搅拌条件下，加入乙酸调节步骤（2）中配置的3 mg/mL透明质酸光敏双亲性离子型生物基大分子溶液的pH值为4，诱导光敏双亲性离子型生物基大分子自组装形成胶束粒子，继续搅拌3 h，固定胶束形状，得到浓度为1 mg/mL的自组装胶束粒子溶液；包覆“功能因子”复合自组装胶束粒子的制备是在自组装胶束制备过程中加入质量为光敏生物基大分子质量10%的牛血红蛋白，加入氢氧化钠调节溶液溶液的pH值为8。
（4）胶束电沉积成膜：用1200目的金相砂纸打磨医用钛合金，然后依次用30 mL乙醇和30 mL丙酮对基材进行超声处理；
自组装胶束粒子电沉积成膜：将上述预处理后的钛合金浸入步骤（3）所制备的胶束粒子溶液中，采用电沉积技术施加50 V恒电位电压，时间20 min，使荷电的胶束粒子向钛合金表面泳动并沉积成胶束膜，再经紫外光照交联反应，可固定胶束膜的结构，得到基于自组装胶束粒子的生物医用涂层材料。胶束膜的SEM图片如图1所示；
包覆“功能因子”复合自组装胶束粒子电沉积成膜：将上述预处理后的医用钛合金浸入步骤（3）所制备的包覆“功能因子”复合自组装胶束粒子溶液中，采用电沉积技术施加50 V恒电位电压，时间20 min，使荷电的包覆“功能因子”复合自组装胶束粒子向医用钛合金表面泳动并沉积成胶束膜，再经紫外光照交联反应，可固定胶束膜的结构，得到基于包覆“功能因子”复合自组装胶束粒子的生物医用涂层。
实施例4
一种光交联型生物基涂层的电沉积制备方法，具体制备步骤如下：
（1）光敏双亲性离子型生物基大分子的合成：将2 g的海藻酸钠溶于200 mL溶剂水中，加入60 g咖啡酸，引发剂3 g的1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐、6g 的1-羟基苯骈三氮唑，80℃下搅拌反应20 h。反应液经纤维素膜透析除去未反应的催化剂及小分子单体，冷冻干燥得到光敏双亲性离子型生物基大分子
（2）光敏双亲性离子型生物基大分子溶液的配置：将步骤（1）中的光敏双亲性离子型生物基大分子溶于良溶剂水，配置成浓度为5 mg/mL的光敏双亲性离子型生物基大分子溶液；
（3）自组装胶束及包覆“功能因子”复合自组装胶束粒子的制备：自组装胶束制备是在搅拌条件下，加入乳酸调节步骤（2）中配置的5 mg/mL光敏双亲性离子型生物基大分子溶液的pH值为6，诱导光敏双亲性离子型生物基大分子自组装形成胶束粒子，继续搅拌4 h，固定胶束形状，得到浓度为3 mg/mL的自组装胶束粒子溶液；包覆“功能因子”复合自组装胶束粒子的制备是在自组装胶束制备过程中加入质量为光敏生物基大分子质量10 %的紫杉醇，加入氢氧化钠调节溶液溶液的pH值为12。
（4）胶束电沉积成膜：用1200目的金相砂纸打磨医用316L不锈钢，然后依次用30 mL无水乙醇和30 mL丙酮对基材进行超声处理；
自组装胶束粒子电沉积成膜：将上述预处理后的316L不锈钢浸入步骤（3）所制备的胶束粒子溶液中，采用电沉积技术施加20 V恒电位电压，时间40min，使荷电的胶束粒子向316L不锈钢表面泳动并沉积成胶束膜，再经紫外光照交联反应，可固定胶束膜的结构，得到基于自组装胶束粒子的生物医用涂层材料；
包覆“功能因子”复合自组装胶束粒子电沉积成膜：将上述预处理后的医用316L不锈钢浸入步骤（3）所制备的包覆“功能因子”复合自组装胶束粒子溶液中，采用电沉积技术施加20 V恒电位电压，时间40min，使荷电的包覆“功能因子”复合自组装胶束粒子向医用316L不锈钢表面泳动并沉积成胶束膜，再经紫外光照交联反应，可固定胶束膜的结构，得到基于包覆“功能因子”复合自组装胶束粒子的生物医用涂层。
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。
Claims (9)
1. 一种光交联型生物基涂层的电沉积制备方法，其特征在于具体制备步骤如下：
（1）将原料、引发剂及溶剂混合，在0~100℃下，在常压下搅拌反应20~28 h，反应完成后，所得反应液用纤维素膜透析，再经冷冻干燥，得到光敏双亲性离子型生物基大分子；
所述原料包括生物基大分子和光敏小分子，所述生物基大分子选自：透明质酸、聚谷氨酸、壳聚糖、羟甲基纤维素钠、葡聚糖、海藻酸钠、肝素、聚乳酸、聚乳酸-羟基乙酸共聚物中的一种或几种；
所述光敏小分子选自： 7-氨基-4-甲基香豆素、7-羟基香豆素、7-羟基-4-三氟甲基香豆素、7-氨基-4-三氟甲基香豆素、4-羟基香豆素、肉桂酸、咖啡酸、阿魏酸、4-香豆酸、肉桂酸乙酯、4-溴肉桂酸、阿魏酸乙酯、姜黄素、肉桂酸甲酯、2-羟基肉桂酸、3-羟基肉桂酸、4-二甲氨基肉桂酸、2-氯肉桂酸、4-氯肉桂酸、4-硝基肉桂酸、肉桂酰氯、3,4,5-三甲氧基肉桂酸、4-甲基肉桂酸、DL-N-乙酰氨基肉桂酸、2,3,4-三甲氧基肉桂酸、4-三氟甲基肉桂酸、1-甲基-4-(对甲酰苯乙烯基)吡啶甲基硫酸盐中的一种或几种；
所述引发剂选自：1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐、N-羟基琥珀酰亚胺、1-羟基苯骈三氮唑、4-二甲氨基吡啶中的一种或几种；
所述溶剂体积为20~200 mL，选自：甲烷磺酸、水、二甲亚砜、四氢呋喃、N,N-二甲基甲酰胺中的一种；
所述光敏小分子与与生物基大分子的质量比为0.1~50，所述引发剂与生物基大分子的质量比为0.1~10；
（2）光敏双亲性离子型生物基大分子溶液的配置：将步骤（1）所合成的光敏双亲性离子型生物基大分子溶于良溶剂，配置浓度为1~40 mg/mL的光敏双亲性离子型生物基大分子溶液；
所述良溶剂选自：N,N-二甲基甲酰胺、二甲亚砜、四氢呋喃、二氯甲烷、三氯甲烷、二氧六环、甲烷磺酸、水中的一种或两种混合溶剂；
（3）自组装胶束粒子及包覆“功能因子”复合自组装胶束粒子的制备：
自组装胶束粒子的制备是在搅拌条件下，缓慢向步骤（2）配置的光敏双亲性离子型生物基大分子溶液中加入沉淀剂，诱导光敏双亲性离子型生物基大分子自组装形成胶束粒子，或加入酸调节溶液的pH值为3.5~6诱导组装；然后继续搅拌3~4小时，固定胶束粒子形貌，得到浓度为0.1~25 mg/mL的自组装胶束粒子溶液；
包覆“功能因子”复合自组装胶束粒子的制备是在搅拌条件下，缓慢向步骤（2）配置的光敏双亲性离子型生物基大分子溶液中加入沉淀剂，诱导光敏双亲性离子型生物基大分子自组装形成胶束粒子，在此过程中加入“功能因子”，加入量为光敏双亲性离子型生物基大分子质量的0.1%~50%；然后加入酸或碱调节溶液的pH值为2~6或7~12，促进胶束粒子壳层基团离子化或质子化，保持足够电荷实现电泳过程；然后继续搅拌3~4小时，固定胶束粒子形貌，得到浓度为0.1~25 mg/mL的复合自组装胶束粒子溶液；
所述沉淀剂选自：水、乙醇、甲醇、丁醇、异丙醇、乙二醇丁醚或丙酮中的一种或几种；
所述酸选自：盐酸、甲酸、乙酸、乳酸、硫酸、稀硝酸中的一种或几种；
所述碱选自：氢氧化钠、氢氧化钾、三乙胺、乙醇胺、氨水、二乙醇胺或三乙醇胺中的一种；
（4）胶束电沉积成膜：用金相砂纸打磨医用金属基材，然后对基材进行超声处理；
自组装胶束粒子电沉积成膜：将上述预处理后的医用金属浸入步骤（3）所制备的浓度为0.1~25mg/mL的自组装胶束粒子溶液中，采用电沉积技术施加恒电位电压，使荷电的自组装胶束粒子向医用金属表面泳动并沉积成胶束膜，再经紫外光照交联反应，可固定胶束膜的结构，得到基于自组装胶束粒子的生物医用涂层材料；
包覆“功能因子”复合自组装胶束粒子电沉积成膜：将上述预处理后的医用金属浸入步骤（3）所制备的浓度为0.1~25mg/mL的包覆“功能因子”复合自组装胶束粒子溶液中，采用电沉积技术施加恒电位电压，使荷电的包覆“功能因子”复合自组装胶束粒子向医用金属表面泳动并沉积成胶束膜，再经紫外光照交联反应，可固定胶束膜的结构，得到基于包覆“功能因子”复合自组装胶束粒子的生物医用涂层。
2.根据权利要求1所述的光交联型生物基涂层的电沉积制备方法，其特征在于，步骤（1）中所合成的光敏双亲性离子型生物基大分子含有叔氨、氨基、羧基基团中的一种或两种。
3.根据权利要求1所述的光交联型生物基涂层的电沉积制备方法，其特征在于，步骤（3）中所述的“功能因子”选自：抗菌因子、治疗因子、细胞活性因子、抗炎药物、蛋白中的一种或几种。
4.根据权利要求3所述的光交联型生物基涂层的电沉积制备方法，其特征在于，所述抗菌因子选自：青霉素、头孢霉素、氟喹诺酮类药物中的一种或几种；所述治疗因子为阿霉素；所述细胞活性因子选自：纤维母细胞生长因子、胰岛素样生长因子、β转化因子、骨骼生长因子、骨形态发生蛋白中的一种或几种；所述抗炎药物选自：紫杉醇、吲哚美辛、地塞米松、丹参中的一种或几种；所述的蛋白选自：牛血红蛋白、牛血清蛋白、鸡蛋白中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的光交联型生物基涂层的电沉积制备方法，其特征在于，步骤（3）中所制备的胶束粒子具有pH敏感响应性、离子敏感响应性及光敏感响应性，胶束粒子尺寸在0.1~1000 nm之间。
6.根据权利要求1所述的光交联型生物基涂层的电沉积制备方法，其特征在于，步骤（3）中所述的“功能因子”与光敏双亲性离子型生物基大分子发生的相互作用为静电作用、氢键作用、配位作用、络合作用中的一种或几种。
7.根据权利要求1所述的光交联型生物基涂层的电沉积制备方法，其特征在于，步骤（4）中所述的医用金属选自：钛及钛合金、钴及钴基合金、316 L不锈钢、镁及镁合金中的一种。
8.根据权利要求1所述的光交联型生物基涂层的电沉积制备方法，其特征在于，步骤（4）中所述的胶束电沉积成膜，其外加的恒电位电压与自组装胶束粒子的荷电相反，所采用的电沉积工艺条件为：恒电位电位值为-180V~180V, 电沉积时间为1s~60 min。
9.根据权利要求1所述的光交联型生物基涂层的电沉积制备方法，其特征在于，控制光敏双亲性离子型生物基大分子自组装胶束溶液的最终浓度或电沉积工艺的条件，可以调节医用金属表面胶束粒子电沉积膜的致密程度及厚度，从而调控涂层材料的实用性能。
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