CN104587527B - 一种生物功能化的碳/碳复合材料及其制备方法 - Google Patents
一种生物功能化的碳/碳复合材料及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN104587527B CN104587527B CN201510023685.6A CN201510023685A CN104587527B CN 104587527 B CN104587527 B CN 104587527B CN 201510023685 A CN201510023685 A CN 201510023685A CN 104587527 B CN104587527 B CN 104587527B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- carbon
- composite material
- base body
- material base
- carbon composite
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Landscapes
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
- Materials For Medical Uses (AREA)
- Treatments Of Macromolecular Shaped Articles (AREA)
Abstract
本发明属于生物医学领域，具体涉及一种碳/碳复合材料表面生物功能化修饰方法。利用化学修饰方法使碳/碳复合材料获得复合临床使用要求的表面修饰层，并且通过接枝共聚技术将血管内皮生长因子固定于碳/碳复合材料表面。采用自由基取代和偶联接枝的方法实现碳/碳复合材料基体表面多糖分子和血管内皮生长因子的固定化，通过构建与碳/碳复合材料基体具有化学键合特征的表面生物功能化修饰层，提高碳/碳复合材料人工骨材料的骨整合性能，赋予其良好的骨组织相容性；采用抑菌分子基团和具有调控骨细胞分化增殖的血管内皮生长因子进行碳/碳复合材料表面生物功能化修饰可以克服现有碳/碳复合材料基人工骨长期骨整合效果不佳的问题，可以满足临床应用。
Description
技术领域：
本发明属于生物医学领域，具体涉及一种碳/碳复合材料表面生物功能化修饰方法。利用化学修饰方法使碳/碳复合材料获得复合临床使用要求的表面修饰层，并且通过接枝共聚技术将血管内皮生长因子固定于碳/碳复合材料表面。
背景技术：
碳/碳复合材料继承了碳材料固有的生物惰性特征，能够满足对人工骨材料生物相容性的基本要求。与传统的医用金属和生物陶瓷材料相比，其弹性模量与人体骨组织更为接近，肌体组织对其力学适应性好，因而更加符合现代骨科治疗的生物学固定原则。同时，该材料在体内环境中具有长期稳定、耐腐蚀、强度高、耐疲劳、韧性好，可通过结构设计调整材料的性能以满足特定要求等显著优点。
但是，其被植入人体后，由于材料表面缺乏生物活性，骨缺损修复呈现纤维组织膜内化成骨的改建模式，新生骨结构主要由纤维组织延钙化形成。这就容易出现术后种植体表面骨接触百分比不足，无法形成有效的骨性结合的现象，即骨整合缺陷。同时，未经处理的碳/碳复合材料表面是疏水性的，容易受到细菌感染，致使术后修复不稳定。
为了解决这两大问题，研究者们分别采用了反应烧结、表面等离子体喷涂与生物活性膜沉积等多种技术手段提高碳/碳复合材料的骨组织相容性。本专利申请人也曾采用等离子体喷涂羟基磷灰石技术、等离子体化学气相沉积类金刚石薄膜、浸渍烧结碳化硅薄膜等方法尝试对医用碳/碳复合材料进行表面改性和相关生物学性能评价。上述方案制备的涂层或薄膜材料虽然起到了防止碳/碳复合材料表面游离碳颗粒脱落和改善生物活性的作用，但均存在界面结合强度不足和生物降解速率过慢等临床应用问题，因而未能真正赋予人工骨材料加速骨整合速度和抗感染的生物功能。本发明利用化学共聚接枝技术在不改变材料整体结构性能可以安全使用的同时，获得与碳/碳复合材料基体具有化学键结合特征的生物活性改性层，从而克服了传统人工骨表面改性技术存在的改性层/基体界面结合强度不足、改性层化学不均匀性、生物功能单一等技术缺陷，具有十分重要的经济效益和工程应用价值。
基于上述原因，发明设计一种新的碳/碳复合材料表面生物功能化的修饰方法显得尤为必要。
发明内容：
本发明的目的为，提供一种新的碳/碳复合材料表面生物功能化的修饰方法。利用该方法得到的碳/碳复合材料在保留原有生物力学性能优势的前提下，显著提高了材料的骨组织相容性。改性层与基体为化学键结合，界面强度高。该制备方法相对于传统生物涂层制备方法具有设备工艺简单的突出优势。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种生物功能化的碳/碳复合材料，以碳/碳复合材料为基体，在基体表面接枝有抑菌功能化基团和血管内皮生长因子；
所述的抑菌功能化基团选自羧甲基壳聚糖或透明质酸。
制备生物功能化的碳/碳复合材料的方法，制备方法如下：
首先对碳/碳复合材料基体进行预处理；在预处理后的碳/碳复合材料基体表面，修饰单层的抑菌功能化基团；再在抑菌功能化基团修饰的碳/碳复合材料基体表面，通过接枝共聚技术将血管内皮生长因子固定于碳/碳复合材料基体表面，即得到生物功能化的碳/碳复合材料；
所述的抑菌功能化基团选自羧甲基壳聚糖或透明质酸。
所述的制备生物功能化的碳/碳复合材料的方法，
所述的碳/碳复合材料基体预处理包括碳/碳复合材料基体石墨化处理和等离子辉光表面处理两步；具体步骤如下：
1)碳/碳复合材料基体石墨化处理
将碳/碳复合材料基体加工成规格为的样品，经表面抛光后，将样品依次置于二氯甲烷、丙酮、无水乙醇和去离子水中分别超声波清洗10分钟，再在Ar保护气氛中进行2400℃×2h的退火处理，即得到石墨化处理后的碳/碳复合材料基体；
碳/碳复合材料石墨化处理是为了保证碳/碳复合材料基体表面化学结构和组织成分的均匀性。
2)等离子辉光表面处理
采用射频等离子气相反应炉对步骤1)所得到的石墨化处理后的碳/碳复合材料基体表面进行“冲洗”，得到预处理的碳/碳复合材料基体。
等离子辉光表面处理的目的是为了提高基体材料表面的化学结构均一性。
一次开展材料高温石墨化处理、超声波清洗和等离子辉光表面预处理，从而获得具有sp2型石墨碳为主要组成的表面网格结构。
所述的修饰单层的抑菌功能化基团，具体步骤如下：
1)碳/碳复合材料基体表面羟基终端修饰
将预处理的碳/碳复合材料基体置于70％异丙醇中超声清洗30分钟之后，将碳/碳复合材料基体放入Piranha酸中浸泡15分钟，取出后用去离子水超声清洗并用氮气吹干，即得到碳/碳复合材料基体表面C-OH终端的修饰体；
所述的Piranha酸为体积比为7：3的浓硫酸/双氧水混合液；
在碳/碳复合材料表面修饰引入羟基活性基团，进而导入羧甲基壳聚糖或透明质酸两种具有抑菌功能的生物分子基团；
2)修饰抑菌功能化基团
将抑菌功能化基团固定于步骤1)制备的碳/碳复合材料基体表面C-OH终端的修饰体的表面，即得到抑菌功能化基团修饰的碳/碳复合材料基体。
所述的通过接枝共聚技术将血管内皮生长因子固定于碳/碳复合材料基体表面，具体步骤如下：
经抑菌基团修饰的碳/碳复合材料基体浸于含有质量分数为1-5％的1-(3-二甲基氨基丙基)-3-乙基碳酰二亚胺盐酸盐和质量分数为0.5-1％的N-羟基丁二酰亚胺的磷酸盐缓冲液中，浸泡30min，以活化接枝点；再将样品置于含有兔血管内皮生长因子的磷酸盐缓冲液中室温浸泡1小时，最后进行磷酸盐缓冲液冲洗和空气自然干燥，即得到生物功能化的碳碳复合材料。
所述的修饰抑菌功能化基团的具体步骤如下：
将碳/碳复合材料基体表面C-OH终端的修饰体，完全浸泡于5mg/ml的透明质酸水溶液中，于室温下，浸泡24小时，经去离子水清洗和氮气吹干后获得碳/碳复合材料-透明质酸样品。碳/碳复合材料基体表面的羟基与透明质酸的羧基发生缩聚，从而将透明质酸接枝到碳/碳复合材料基体表面。
所述的修饰抑菌功能化基团的具体步骤如下：
将碳/碳复合材料基体表面C-OH终端的修饰体，置于浓度1mg/ml的多巴胺溶液中室温浸泡24小时，经去超声清洗、真空干燥后；再将产物置于羧甲基壳聚糖浓度为5mg/ml，硫酸铵用量为0.5g/L的溶液中，于室温下浸泡24h，经去超声清洗、真空干燥后，即得到碳/碳复合材料-羧甲基壳聚糖样品，将材料置于4℃恒温冰箱中。碳/碳复合材料基体表面的羟基先与多巴胺的羟基缩合成醚，从而将多巴胺接枝到碳/碳复合材料基体表面，反应原理如图3所示；然后，多巴胺上的氨基与羧甲基壳聚糖分子中的羧基在0.5g/l浓度的硫酸铵引发剂作用下，通过缩聚反应连接在一起。
血管内皮生长因子(VEGF)是一种同源二聚体糖蛋白。由于羧甲基壳聚糖或透明质酸具有良好的亲电子特性，其-COOH端在与VEGF的-NH2端可以在缓冲液环境自发聚合，形成肽键。
所述的射频等离子气相反应炉为自制的，该设备包括控制柜、真空系统和冷却系统三部分。其中控制柜装有高频等离子电源、高频电源匹配网络、复合真空计以及流量显示仪等；真空系统包括真空容器、真空机组、真空计、管道、阀门等；冷却水系统则包括靶冷却系统和扩散泵冷却系统两部分。其结构如图3所示。该部分操作利用射频电场作用于稀薄的氩气负载形成的等离子体在电场中的定向运动“冲洗”位于电场中心位置的碳/碳复合材料样品，以清除材料表面与碳原子结合的杂质自由基团，从而为后续的生物活性分子固定做好表面化学结构准备。
本方法的基本思想是在碳/碳复合材料表面修饰单层羧甲基壳聚糖或者透明质酸的基础上，通过接枝共聚技术将血管内皮生长因子固定于碳/碳复合材料表面。其中，羧甲基壳聚糖是氨基葡萄糖和N-乙酰氨基葡萄糖通过β-1,4键连接而成的一种多用途天然聚合物糖类，具有生物降解性优良、抗菌谱广、抗感染、抗溃疡等优点；而透明质酸及其衍生物常被作为其他基质的生物可吸收载体应用于组织再生领域，一定浓度的中等分子量透明质酸具有较强的抑菌作用。
本项目的特色与创新之处。
1)利用偶联接枝技术，将具有不同功能的生物活性分子高效固定在碳/碳复合材料人工骨材料表面，获得具有良好界面结合强度的生物活性修饰层，提高材料的骨整合性能。
2)采用石墨化+离子辉光表面预处理技术提高碳/碳复合材料人工骨材料组织结构均匀化程度，增加表面功能化活化点，通过酸化-氧化预处理获得材料表面高密度羟基终端。
3)采用生物体内外实验综合评价新型人工骨材料的生物学性能，从生物分子学层面给出血管内皮生长因子调控骨整合进程的作用机制。
综上所述，采用自由基取代和偶联接枝的方法实现碳/碳复合材料基体表面多糖分子和血管内皮生长因子的固定化，通过构建与碳/碳复合材料基体具有化学键合特征的表面生物功能化修饰层，提高碳/碳复合材料人工骨材料的骨整合性能，赋予其良好的骨组织相容性；采用抑菌分子基团和具有调控骨细胞分化增殖的血管内皮生长因子进行碳/碳复合材料表面生物功能化修饰可以克服现有碳/碳复合材料基人工骨长期骨整合效果不佳的问题，可以满足临床应用。
说明
所述的兔血管内皮生长因子的磷酸盐缓冲液，即为(Elisa)试剂盒，购自青岛德宝生化有限公司。
附图说明
图1为碳/碳复合材料基体表面显微结构照片，表面碳纤维网格编织结构；
图2为碳/碳复合材料基体表面显微结构照片，碳纤维包裹体形貌；
图3为射频等离子气相反应炉示意图；
图4为碳/碳复合材料-多巴胺-壳聚糖样品制备原理图；
图5为碳/碳复合材料人工骨材料植入实验动物骨内植入60天后的SEM图片。
具体实施例
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
实施例1
一种生物功能化的碳/碳复合材料，以碳/碳复合材料为基体，在基体表面接枝有抑菌功能化基团和血管内皮生长因子。
所述的制备生物功能化的碳/碳复合材料的方法，制备方法如下：
首先对碳/碳复合材料基体进行预处理，在预处理后的碳/碳复合材料基体表面，修饰单层的抑菌功能化基团，再通过接枝共聚技术将血管内皮生长因子固定于碳/碳复合材料基体表面，即得到生物功能化的碳/碳复合材料复合材料；
所述的抑菌功能化基团选自羧甲基壳聚糖或者透明质酸。
实施例2
制备生物功能化的碳/碳复合材料的方法，
所述的碳/碳复合材料基体预处理包括碳/碳复合材料石墨化处理和等离子辉光表面处理两步；具体步骤如下：
1)碳/碳复合材料石墨化处理
a.将碳/碳复合材料基体加工成规格为的样品，经表面抛光后，将样品依次置于二氯甲烷、丙酮、无水乙醇和去离子水中分别超声波清洗10分钟，再在Ar保护气氛中进行2400℃×2h的退火处理，即得到石墨化处理后的碳/碳复合材料基体；
2)等离子辉光表面处理
采用射频等离子气相反应炉对步骤1)所得到的石墨化处理后的碳/碳复合材料样品表面进行“冲洗”，得到预处理的碳/碳复合材料基体。
1)碳/碳复合材料表面羟基终端修饰
将预处理的碳/碳复合材料基体置于70％异丙醇中超声清洗30分钟之后，将基体放入Piranha酸中浸泡15分钟，取出后用去离子水多次超声清洗并用氮气吹干，即得到碳/碳复合材料表面C-OH终端的修饰体；
所述的Piranha酸为体积比为7：3的浓硫酸/双氧水混合液；
2)透明质酸分子表面固定
将表面修饰有-OH终端的碳/碳复合材料样品完全浸泡于5mg/ml的透明质酸水溶液中24小时，经去离子水清洗和氮气吹干后获得碳/碳复合材料-透明质酸样品。
所述的通过接枝共聚技术将血管内皮生长因子固定于碳/碳复合材料基体表面，具体步骤如下：
经抑菌基团修饰的碳/碳复合材料基片浸于含有质量分数为1％的1-(3-二甲基氨基丙基)-3-乙基碳酰二亚胺盐酸盐和质量分数为0.5％的N-羟基丁二酰亚胺的磷酸盐缓冲液中，活化接枝点；然后，将样品置于含有兔血管内皮生长因子的磷酸盐缓冲液中室温浸泡1小时，最后行磷酸盐缓冲液冲洗和空气自然干燥，完成碳/碳复合材料人工骨材料的表面生物功能化修饰。
实施例3
制备生物功能化的碳/碳复合材料的方法，
所述的碳/碳复合材料基体预处理包括碳/碳复合材料石墨化处理和等离子辉光表面处理两步；具体步骤如下：
1)碳/碳复合材料石墨化处理
a.将碳/碳复合材料基体加工成规格为的样品，经表面抛光后，将样品依次置于二氯甲烷、丙酮、无水乙醇和去离子水中分别超声波清洗10分钟，再在Ar保护气氛中进行2400℃×2h的退火处理，即得到石墨化处理后的碳/碳复合材料基体；
2)等离子辉光表面处理
采用射频等离子气相反应炉对步骤1)所得到的石墨化处理后的碳/碳复合材料样品表面进行“冲洗”，得到预处理的碳/碳复合材料基体。
1)碳/碳复合材料表面羟基终端修饰
将预处理的碳/碳复合材料基体置于70％异丙醇中超声清洗30分钟之后，将基体放入Piranha酸中浸泡15分钟，取出后用去离子水多次超声清洗并用氮气吹干，即得到碳/碳复合材料表面C-OH终端的修饰体；
所述的Piranha酸为体积比为7：3的浓硫酸/双氧水混合液；
2)羧甲基壳聚糖分子表面固定
将碳/碳复合材料基体表面C-OH终端的修饰体，置于浓度1mg/ml的多巴胺溶液中室温浸泡24小时，经去超声清洗、真空干燥后；再将产物置于羧甲基壳聚糖浓度为5mg/ml，硫酸铵用量为0.5g/L的溶液中，于室温下浸泡24h，经去超声清洗、真空干燥后，即得到碳/碳复合材料-羧甲基壳聚糖样品，将材料置于4℃恒温冰箱中。碳/碳复合材料基体表面的羟基先与多巴胺的羟基缩合成醚，从而将多巴胺接枝到碳/碳复合材料基体表面，反应原理如图3所示；然后，多巴胺上的氨基与羧甲基壳聚糖分子中的羧基在0.5g/l浓度的硫酸铵引发剂作用下，通过缩聚反应连接在一起。
所述的通过接枝共聚技术将血管内皮生长因子固定于碳/碳复合材料基体表面，具体步骤如下：
经抑菌基团修饰的碳/碳复合材料基片浸于含有一定浓度1-(3-二甲基氨基丙基)-3-乙基碳酰二亚胺盐酸盐和N-羟基丁二酰亚胺的磷酸盐缓冲液中，活化接枝点；然后，将样品置于含有兔血管内皮生长因子的磷酸盐缓冲液中室温浸泡1小时，最后行磷酸盐缓冲液冲洗和空气自然干燥，完成碳/碳复合材料人工骨材料的表面生物功能化修饰。
实施例4
一种生物功能化的碳/碳复合材料，以碳/碳复合材料为基体，在基体表面接枝有抑菌功能化基团和血管内皮生长因子；
所述的抑菌功能化基团选自羧甲基壳聚糖或透明质酸。
制备生物功能化的碳/碳复合材料的方法，制备方法如下：
首先对碳/碳复合材料基体进行预处理；在预处理后的碳/碳复合材料基体表面，修饰单层的抑菌功能化基团；再在抑菌功能化基团修饰的碳/碳复合材料基体表面，通过接枝共聚技术将血管内皮生长因子固定于碳/碳复合材料基体表面，即得到生物功能化的碳/碳复合材料；
所述的抑菌功能化基团选自羧甲基壳聚糖或透明质酸。
所述的制备生物功能化的碳/碳复合材料的方法，
所述的碳/碳复合材料基体预处理包括碳/碳复合材料基体石墨化处理和等离子辉光表面处理两步；具体步骤如下：
1)碳/碳复合材料基体石墨化处理
将碳/碳复合材料基体加工成规格为的样品，经表面抛光后，将样品依次置于二氯甲烷、丙酮、无水乙醇和去离子水中分别超声波清洗10分钟，再在Ar保护气氛中进行2400℃×2h的退火处理，即得到石墨化处理后的碳/碳复合材料基体；
碳/碳复合材料石墨化处理是为了保证碳/碳复合材料基体表面化学结构和组织成分的均匀性。
2)等离子辉光表面处理
采用射频等离子气相反应炉对步骤1)所得到的石墨化处理后的碳/碳复合材料基体表面进行“冲洗”，得到预处理的碳/碳复合材料基体。
等离子辉光表面处理的目的是为了提高基体材料表面的化学结构均一性。
一次开展材料高温石墨化处理、超声波清洗和等离子辉光表面预处理，从而获得具有sp2型石墨碳为主要组成的表面网格结构。
所述的修饰单层的抑菌功能化基团，具体步骤如下：
1)碳/碳复合材料基体表面羟基终端修饰
将预处理的碳/碳复合材料基体置于70％异丙醇中超声清洗30分钟之后，将碳/碳复合材料基体放入Piranha酸中浸泡15分钟，取出后用去离子水超声清洗并用氮气吹干，即得到碳/碳复合材料基体表面C-OH终端的修饰体；
所述的Piranha酸为体积比为7：3的浓硫酸/双氧水混合液；
在碳/碳复合材料表面修饰引入羟基活性基团，进而导入羧甲基壳聚糖或透明质酸两种具有抑菌功能的生物分子基团；
2)修饰抑菌功能化基团
将抑菌功能化基团固定于步骤1)制备的碳/碳复合材料基体表面C-OH终端的修饰体的表面，即得到抑菌功能化基团修饰的碳/碳复合材料基体。
所述的通过接枝共聚技术将血管内皮生长因子固定于碳/碳复合材料基体表面，具体步骤如下：
经抑菌基团修饰的碳/碳复合材料基体浸于含有质量分数为1-5％的1-(3-二甲基氨基丙基)-3-乙基碳酰二亚胺盐酸盐和质量分数为0.5-1％的N-羟基丁二酰亚胺的磷酸盐缓冲液中，浸泡30min，以活化接枝点；再将样品置于含有兔血管内皮生长因子的磷酸盐缓冲液中室温浸泡1小时，最后进行磷酸盐缓冲液冲洗和空气自然干燥，即得到生物功能化的碳碳复合材料。
所述的修饰抑菌功能化基团的具体步骤如下：
将碳/碳复合材料基体表面C-OH终端的修饰体，完全浸泡于5mg/ml的透明质酸水溶液中，于室温下，浸泡24小时，经去离子水清洗和氮气吹干后获得碳/碳复合材料-透明质酸样品。碳/碳复合材料基体表面的羟基与透明质酸的羧基发生缩聚，从而将透明质酸接枝到碳/碳复合材料基体表面。
血管内皮生长因子(VEGF)是一种同源二聚体糖蛋白。由于透明质酸具有良好的亲电子特性，其-COOH端在与VEGF的-NH2端可以在缓冲液环境自发聚合，形成肽键。
实施例5
一种生物功能化的碳/碳复合材料，以碳/碳复合材料为基体，在基体表面接枝有抑菌功能化基团和血管内皮生长因子；
所述的抑菌功能化基团选自羧甲基壳聚糖或透明质酸。
制备生物功能化的碳/碳复合材料的方法，制备方法如下：
首先对碳/碳复合材料基体进行预处理；在预处理后的碳/碳复合材料基体表面，修饰单层的抑菌功能化基团；再在抑菌功能化基团修饰的碳/碳复合材料基体表面，通过接枝共聚技术将血管内皮生长因子固定于碳/碳复合材料基体表面，即得到生物功能化的碳碳复合材料；
所述的抑菌功能化基团选自羧甲基壳聚糖或透明质酸。
所述的制备生物功能化的碳/碳复合材料的方法，
所述的碳/碳复合材料基体预处理包括碳/碳复合材料基体石墨化处理和等离子辉光表面处理两步；具体步骤如下：
1)碳/碳复合材料基体石墨化处理
将碳/碳复合材料基体加工成规格为的样品，经表面抛光后，将样品依次置于二氯甲烷、丙酮、无水乙醇和去离子水中分别超声波清洗10分钟，再在Ar保护气氛中进行2400℃×2h的退火处理，即得到石墨化处理后的碳/碳复合材料基体；
碳/碳复合材料石墨化处理是为了保证碳/碳复合材料基体表面化学结构和组织成分的均匀性。
2)等离子辉光表面处理
采用射频等离子气相反应炉对步骤1)所得到的石墨化处理后的碳/碳复合材料基体表面进行“冲洗”，得到预处理的碳/碳复合材料基体。
等离子辉光表面处理的目的是为了提高基体材料表面的化学结构均一性。
一次开展材料高温石墨化处理、超声波清洗和等离子辉光表面预处理，从而获得具有sp2型石墨碳为主要组成的表面网格结构。
所述的修饰单层的抑菌功能化基团，具体步骤如下：
1)碳/碳复合材料基体表面羟基终端修饰
将预处理的碳/碳复合材料基体置于70％异丙醇中超声清洗30分钟之后，将碳/碳复合材料基体放入Piranha酸中浸泡15分钟，取出后用去离子水超声清洗并用氮气吹干，即得到碳/碳复合材料基体表面C-OH终端的修饰体；
所述的Piranha酸为体积比为7：3的浓硫酸/双氧水混合液；
在碳/碳复合材料表面修饰引入羟基活性基团，进而导入羧甲基壳聚糖或透明质酸两种具有抑菌功能的生物分子基团；
2)修饰抑菌功能化基团
将抑菌功能化基团固定于步骤1)制备的碳/碳复合材料基体表面C-OH终端的修饰体的表面，即得到抑菌功能化基团修饰的碳/碳复合材料基体。
所述的通过接枝共聚技术将血管内皮生长因子固定于碳/碳复合材料基体表面，具体步骤如下：
经抑菌基团修饰的碳/碳复合材料基体浸于含有质量分数为1-5％的1-(3-二甲基氨基丙基)-3-乙基碳酰二亚胺盐酸盐和质量分数为0.5-1％的N-羟基丁二酰亚胺的磷酸盐缓冲液中，浸泡30min，以活化接枝点；再将样品置于含有兔血管内皮生长因子的磷酸盐缓冲液中室温浸泡1小时，最后进行磷酸盐缓冲液冲洗和空气自然干燥，即得到生物功能化的碳碳复合材料。
所述的修饰抑菌功能化基团的具体步骤如下：
将碳/碳复合材料基体表面C-OH终端的修饰体，置于浓度1mg/ml的多巴胺溶液中室温浸泡24小时，经去超声清洗、真空干燥后；再将产物置于羧甲基壳聚糖浓度为5mg/ml，硫酸铵用量为0.5g/L的溶液中，于室温下浸泡24h，经去超声清洗、真空干燥后，即得到碳/碳复合材料-羧甲基壳聚糖样品，将材料置于4℃恒温冰箱中。碳/碳复合材料基体表面的羟基先与多巴胺的羟基缩合成醚，从而将多巴胺接枝到碳/碳复合材料基体表面，反应原理如图3所示；然后，多巴胺上的氨基与羧甲基壳聚糖分子中的羧基在0.5g/l浓度的硫酸铵引发剂作用下，通过缩聚反应连接在一起。
血管内皮生长因子(VEGF)是一种同源二聚体糖蛋白。由于羧甲基壳聚糖或透明质酸具有良好的亲电子特性，其-COOH端在与VEGF的-NH2端可以在缓冲液环境自发聚合，形成肽键。
实验例
将实施例4得到的碳/碳复合材料人工骨材料进行动物实验，实验动物骨内植入60天后，材料表面有新生骨小梁结构形成，材料表面结构保持完整。证明该材料具有优异的骨组织相容性，结果见图5。
Claims (5)
1.一种生物功能化的碳/碳复合材料，其特征在于，以碳/碳复合材料为基体，在基体表面接枝有抑菌功能化基团和血管内皮生长因子；
所述的抑菌功能化基团选自羧甲基壳聚糖或透明质酸；
制备所述的生物功能化的碳/碳复合材料的方法，制备方法如下：
首先对碳/碳复合材料基体进行预处理；在预处理后的碳/碳复合材料基体表面，修饰单层的抑菌功能化基团；再在抑菌功能化基团修饰的碳/碳复合材料基体表面，通过接枝共聚技术将血管内皮生长因子固定于碳/碳复合材料基体表面，即得到生物功能化的碳/碳复合材料；
所述的抑菌功能化基团选自羧甲基壳聚糖或透明质酸；
所述的碳/碳复合材料基体预处理包括碳/碳复合材料基体石墨化处理和等离子辉光表面处理两步；具体步骤如下：
1)碳/碳复合材料基体石墨化处理
将碳/碳复合材料基体加工成规格为的样品，经表面抛光后，将样品依次置于二氯甲烷、丙酮、无水乙醇和去离子水中分别超声波清洗10分钟，再在Ar保护气氛中进行2400℃×2h的退火处理，即得到石墨化处理后的碳/碳复合材料基体；
2)等离子辉光表面处理
采用射频等离子气相反应炉对步骤1)所得到的石墨化处理后的碳/碳复合材料基体表面进行“冲洗”，得到预处理的碳/碳复合材料基体。
2.如权利要求1所述的生物功能化的碳/碳复合材料，其特征在于，
所述的修饰单层的抑菌功能化基团，具体步骤如下：
1)碳/碳复合材料基体表面羟基终端修饰
将预处理的碳/碳复合材料基体置于70％异丙醇中超声清洗30分钟之后，将碳/碳复合材料基体放入Piranha酸中浸泡15分钟，取出后用去离子水超声清洗并用氮气吹干，即得到碳/碳复合材料基体表面C-OH终端的修饰体；
所述的Piranha酸为体积比为7：3的浓硫酸/双氧水混合液；
2)修饰抑菌功能化基团
将抑菌功能化基团固定于步骤1)制备的碳/碳复合材料基体表面C-OH终端的修饰体的表面，即得到抑菌功能化基团修饰的碳/碳复合材料基体。
3.如权利要求2所述的生物功能化的碳/碳复合材料，其特征在于，
所述的通过接枝共聚技术将血管内皮生长因子固定于碳/碳复合材料基体表面，具体步骤如下：
经抑菌基团修饰的碳/碳复合材料基体浸于含有质量分数为1-5％的1-(3-二甲基氨基丙基)-3-乙基碳酰二亚胺盐酸盐和质量分数为0.5-1％的N-羟基丁二酰亚胺的磷酸盐缓冲液中，浸泡30min，以活化接枝点；再将样品置于含有兔血管内皮生长因子的磷酸盐缓冲液中室温浸泡1小时，最后进行磷酸盐缓冲液冲洗和空气自然干燥，即得到生物功能化的碳/碳复合材料。
4.如权利要求2所述的生物功能化的碳/碳复合材料，其特征在于，所述的修饰抑菌功能化基团的具体步骤如下：
将碳/碳复合材料基体表面C-OH终端的修饰体，完全浸泡于5mg/ml的透明质酸水溶液中，于室温下，浸泡24小时，经去离子水清洗和氮气吹干后获得碳/碳复合材料-透明质酸样品。
5.如权利要求4所述的生物功能化的碳/碳复合材料，其特征在于，所述的修饰抑菌功能化基团的具体步骤如下：
将碳/碳复合材料基体表面C-OH终端的修饰体，置于浓度1mg/ml的多巴胺溶液中室温浸泡24小时，经去超声清洗、真空干燥后；再将产物置于羧甲基壳聚糖浓度为5mg/ml，硫酸铵用量为0.5g/L的溶液中，于室温下浸泡24h，经去超声清洗、真空干燥后，即得到碳/碳复合材料-羧甲基壳聚糖样品，将材料置于4℃恒温冰箱中。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201510023685.6A CN104587527B (zh) | 2015-01-16 | 2015-01-16 | 一种生物功能化的碳/碳复合材料及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201510023685.6A CN104587527B (zh) | 2015-01-16 | 2015-01-16 | 一种生物功能化的碳/碳复合材料及其制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN104587527A CN104587527A (zh) | 2015-05-06 |
| CN104587527B true CN104587527B (zh) | 2017-03-08 |
Family
ID=53113794
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201510023685.6A Active CN104587527B (zh) | 2015-01-16 | 2015-01-16 | 一种生物功能化的碳/碳复合材料及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN104587527B (zh) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20180200154A1 (en) * | 2015-07-13 | 2018-07-19 | Kabushiki Kaisha Sangi | Tooth-surface-membrane-forming powder containing sintered apatite |
| CN111098557B (zh) * | 2019-12-30 | 2020-12-01 | 安徽徽一通讯科技有限公司 | 一种高强度阻燃硅芯管及其制备方法 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6051751A (en) * | 1995-01-20 | 2000-04-18 | Spire Corporation | Arthroplasty process for securely anchoring prostheses to bone, and arthroplasty products therefor |
| DE10324415A1 (de) * | 2003-05-28 | 2004-12-16 | Blue Membranes Gmbh | Verfahren zur Beschichtung von Substraten mit kohlenstoffbasiertem Material |
| CN102764453B (zh) * | 2012-07-26 | 2014-09-24 | 倪昕晔 | 一种个性化碳-碳复合材料人工骨的制备方法 |
-
2015
- 2015-01-16 CN CN201510023685.6A patent/CN104587527B/zh active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN104587527A (zh) | 2015-05-06 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| He et al. | Peptide LL-37 coating on micro-structured titanium implants to facilitate bone formation in vivo via mesenchymal stem cell recruitment | |
| Wang et al. | Silk fibroin film-coated MgZnCa alloy with enhanced in vitro and in vivo performance prepared using surface activation | |
| Zhou et al. | Improving osteogenesis of three-dimensional porous scaffold based on mineralized recombinant human-like collagen via mussel-inspired polydopamine and effective immobilization of BMP-2-derived peptide | |
| CN106702341B (zh) | 聚醚醚酮材料及基于等离子体浸没注入的改性方法与应用 | |
| CN101698114B (zh) | 碳纤维增强聚醚醚酮复合材料表面生物活性钙磷层及制备 | |
| Zhang et al. | Antimicrobial peptide-loaded pectolite nanorods for enhancing wound-healing and biocidal activity of titanium | |
| Almodóvar et al. | Chitosan‐heparin polyelectrolyte multilayers on cortical bone: Periosteum‐mimetic, cytophilic, antibacterial coatings | |
| CN104028434B (zh) | 一种在钛表面构建层粘连蛋白/肝素/SDF-1α抗凝及诱导内皮化多功能层的方法 | |
| Grebenik et al. | Mammalian Pericardium‐Based Bioprosthetic Materials in Xenotransplantation and Tissue Engineering | |
| Tavassoli et al. | Incorporation of nanoalumina improves mechanical properties and osteogenesis of hydroxyapatite bioceramics | |
| CN113750290A (zh) | 聚醚醚酮复合植入物及其制备方法和应用 | |
| Zheng et al. | Surface Modification of Poly (ether ether ketone) by Simple Chemical Grafting of Strontium Chondroitin Sulfate to Improve its Anti‐Inflammation, Angiogenesis, Osteogenic Properties | |
| CN104587527B (zh) | 一种生物功能化的碳/碳复合材料及其制备方法 | |
| CN103751841B (zh) | 一种改性医用钛金属材料及其制备方法 | |
| CN110898258B (zh) | 一种抗菌型胶原基骨修复材料 | |
| CN112876724A (zh) | 含促进成骨药物的聚醚醚酮复合材料及其制备方法和应用 | |
| Lai et al. | Comparative evaluation of the biocompatible and physical–chemical properties of poly (lactide-co-glycolide) and polydopamine as coating materials for bacterial cellulose | |
| Chudinov et al. | Polyurethane modified with plasma-ion implantation for medical applications | |
| CN107198794B (zh) | 具有活性离子释放功能的天然高分子生物活性创伤修复材料及其制备方法 | |
| Zhang et al. | Surface bisphosphonation of polyetheretherketone to manipulate immune response for advanced osseointegration | |
| CN110237298A (zh) | 碳/碳复合材料、生物种植体及其生物功能化改性方法 | |
| CN112569403A (zh) | 一种基于聚多巴胺/氧化石墨烯/胶原纳米膜生物活性缓释涂层构建方法 | |
| CN107376036A (zh) | 一种酶响应型多功能纳米涂层的构建方法 | |
| CN113144290B (zh) | 一种促成骨和免疫调节的骨科材料表面涂层及其制备方法 | |
| JPWO2009038180A1 (ja) | 医療用組織結合性材料 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |