CN105688278B - 一种钛种植体表面制备抗菌涂层的方法 - Google Patents

一种钛种植体表面制备抗菌涂层的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种钛种植体表面制备抗菌涂层的方法，用层‑层自组装的方法在钛表面制备载银的聚电解质多层膜，从而使钛表面具有良好的生物相容性和抗菌性。本发明方法简单，特别适合于形状复杂的种植体；表面涂层采用生物相容性好的天然高分子，这样使涂层具有杀菌、抑菌性而又不对细胞产生毒害作用。

Description

一种钛种植体表面制备抗菌涂层的方法
技术领域
本发明涉及高分子材料技术领域，尤其涉及一种钛种植体表面制备抗菌涂层的方法。
背景技术
钛具有优良的力学性能及体内的化学稳定性，被广泛用于牙科种植体。钛种植体植入牙槽骨后，其长期成功能依赖于两个主要因素，一是种植体与骨的骨性结合，二是种植体植入后的感染及继发性感染。目前研究证明钛种植体植入后都能与骨形成良好的结合，种植失败主要是由于植入后细菌感染所致，因此赋予种植体表面持续的抗菌性，对提高钛种植体植入后的成功率具有重要的作用。口服抗生素和在种植体表面吸附抗生素可以有效预防感染的发生。但这种抗菌方式作用时间短，且易产生耐药性。张玉梅等在钛表面先制备纳米钛管，然后在纳米钛管中附载纳米银粒子来增强钛表面的抗菌性，但这种方法制备艺复杂，而且制备的纳米钛管干燥后，由于毛细管作用，含银离子的溶液很难进入纳米管中。
发明内容
本发明的目的是用层-层自组装的方法在钛表面制备载银的聚电解质多层膜，从而使钛表面具有良好的生物相容性和抗菌性。
本发明的技术方法如下：
一种钛种植体表面制备抗菌涂层的方法，其特征在于：步骤如下：
(1)取钛种植体，在60℃温度条件下用6mol/L的NaOH浸泡24小时，分别依次用自来水、去离子水各冲洗3次，100℃烘干得到初处理钛片；(2)将上步所得初处理钛片浸入聚乙烯亚胺水溶液30秒，取出用PBS溶液冲洗3次，备用；所述聚乙烯亚胺的分子量为10000或70000，其水溶液浓度为2mg/L。
(3)分别配制可生物降解的聚阳离子和聚阴离子聚电解质的水溶液。所述的聚阳离子聚合物为壳聚糖、聚赖氨酸、可降解超支化聚(β-氨基酯)，其中首选壳聚糖；聚阴离子聚合物为质酸、海藻酸钠、聚谷氨酸、肝素，其中首选质酸。聚阳离子聚合物和聚阴离子聚合水溶液的浓度为1mg/L～5mg/L；
(4)将经过步骤2处理的钛片浸入聚阴离子聚合物水溶液中10秒，取出用PBS溶液冲洗三次；然后浸入聚阳离子聚合物水溶液中10秒，取出用PBS溶液冲洗三次；重复上述操作，在钛种植体表面形成聚阴离子层和聚阳离子层交替构成的多层复合膜；
(6)将上述处理好的钛片浸入硝酸银溶液0.5—2小时，然后再浸入抗坏血酸溶液0.5-2小时，取出用去离子水冲洗3次，得表面具备抗菌涂层的钛种植体。所述硝酸银溶液和抗坏血酸浓度均为0.1摩尔/升-0.5摩尔/升；
本发明用层层自组装的方法在钛表面制备具有良好生物相容性的聚电解质多层膜，然后用盐致相分离的方法，将沉积有聚电解质多层膜的钛片浸入氯化钠溶液中，在多层膜中形成纳米孔。再将此钛片沉入硝酸银溶液中，钠米孔中吸附硝酸用溶液，最后用抗坏血酸还原硝酸银，在多层膜中附载纳米银粒子，使种体表面具有良好的抗菌性和生物相容性。
与现有技术相比，本发明技术方案的优点和有益效果在于；
1、方法简单，特别适合于形状复杂的种植体。
2、表面涂层采用生物相容性好的天然高分子，这样使涂层具有杀菌、抑菌性而又不对细胞产生毒害作用。
附图说明
图1为实施例6中空白组变形链球菌培养24小时后的荧光显微镜照片；
图2为实施例6中对照组放形链球菌培养24小时后的荧光显微镜照片；
图3为为实施例6中实验组变形链球菌培养24小时后的荧光显微镜照片。
具体实施方式
下面结合实例和附图对本发明作进一步说明。
具有杀菌和抑菌涂层的钛片的杀菌抑菌性用平皿计数法测定，所用菌种为变形链球菌(ATCC35668)
以本发明中方法制备的具有杀菌和抑菌涂层的钛片作实验组，非载银的作对照组，纯钛片作空白组，所有用于抑菌实验的钛片经121℃，103kPa灭菌30min。
抑菌实验按下述方法进行：
取复苏的变形链球菌适量加入到BHI液体培养基中，37℃下厌氧培养16～18小时。连续传代至第三代，测定变形链球菌光密度值OD600＝0.30。按照1:100的比例稀释，即取50μL菌液加入到5mL含糖BHI液体培养基中，混匀备用。
取6孔培养板，放入消毒的棉花和滤纸，滴入0.9％NaCl溶液，使溶液刚好浸没。将实验组和空白组钛片各一枚置于滤纸上，每个钛片上均滴加上述菌液50μL，再在每个钛片上放置与钛片同大小的滤纸一张，使滤纸与钛片完全重合，且菌液将滤纸完全浸湿。将培养板置于37℃温箱中，厌氧培养24h。
待培养24h后，取3个50mL离心管，各加入PBS溶液5mL，将6孔培养板中的钛片连同覆盖其上的滤纸一并放入离心管中，每个离心管中放入一枚钛片。超声震荡仪50W功率下震荡2min后，涡旋振荡10s，使粘附在钛片表面的细菌脱落于PBS中形成悬液。待充分振荡后，选取10-2稀释倍数，从中吸取25μL菌液接种于BHI琼脂固体培养皿中。每个稀释度接种3个BHI琼脂固体培养皿。将接种过的培养皿放入37℃温箱中，厌氧培养24h后，作平板菌落计数。
在实验条件及培养环境完全相同的情况下，抑菌实验各重复3次。
菌落计算：选取无片状菌落生长的平皿作为菌落总数测定标准。各稀释度使用三个平皿，采用三个平皿菌落数平均值。若有片状菌落分布，不到平皿的一半，而其余一半中菌落分布又均匀，计算半个平皿后乘2以代表全皿菌落数。
一种在钛种植体表面制备抑菌涂层的方法，步骤如下：
1、钛片(直径15mm,厚1mm)在60℃温度条件下用6mol/L的NaOH浸泡24小时，分别依次用自来水、去离子水各冲洗3次后，100℃烘干得到初处理钛片；
(2)将上步所得初处理钛片浸入聚乙烯亚胺水溶液30秒，取出用PBS溶液冲洗3次，备用；所述聚乙烯亚胺的分子量为10000或70000，其水溶液浓度为2mg/L；
(3)分别配制可生物降解的聚阳离子和聚阴离子聚电解质的水溶液，所述聚阳离子聚合物和聚阴离子聚合水溶液的浓度均为1mg/L～5mg/L；
(4)将经过步骤2处理的钛片浸入聚阴离子聚合物水溶液中10秒，取出用PBS溶液冲洗三次；然后浸入聚阳离子聚合物水溶液中10秒，取出用PBS溶液冲洗三次；重复上述操作，在钛种植体表面形成聚阴离子层和聚阳离子层交替构成的多层复合膜；
(5)将上步所得钛片浸入氯化钠溶液2小时,用PBS溶液冲洗3次。所述氯化钠浓度为0.1摩尔/升-0.5摩尔/升；
(6)将上步处理好的钛片浸入硝酸银溶液0.5—2小时，然后再浸入抗坏血酸溶液0.5-2小时，取出用去离子水冲洗3次，得表面具备抗菌涂层的钛种植体；所述硝酸银溶液和抗坏血酸浓度均为0.1摩尔/升-0.5摩尔/升。
所述步骤3中聚阳离子聚合物为壳聚糖或聚赖氨酸或超支化聚(β-氨基酯)；所述聚阴离子聚合物为质酸或海藻酸钠或聚谷氨酸或肝素。
所述的聚阳离子聚合物为壳聚糖；所述聚阴离子聚合物为质酸，
质酸的分子量为100000—1000000。
所述步骤4中多层复合膜层数为10—60层。
实施例1
按钛表面杀菌、抑菌涂层的制备步骤在钛表面制备抑菌涂层，步骤2中聚乙烯亚胺的分子量为10000；步骤3中质酸的分子量为100000，壳聚糖的粘度＜200mpa.s，壳聚糖和质酸水溶液浓度为1mg/L；步骤4中多层膜层数为20层。步骤5中氯化钠溶液浓度为0.1摩尔/升；步骤6中硝酸银和抗坏血酸浓度均为0.1摩尔/升，浸入时间均为0.5小时。用该方法制备的抑菌涂层对变形链球菌的抑菌率为83％。
实施例2
按钛表面杀菌、抑菌涂层的制备步骤在钛表面制备抑菌涂层，步骤2中聚乙烯亚胺的分子量为10000；步骤3中质酸的分子量为100000，壳聚糖的粘度200-400mpa.s，壳聚糖和质酸水溶液浓度为2mg/L；步骤4中多层膜层数为20层；步骤5中氯化钠溶液浓度为0.2摩尔/升；步骤6中硝酸银和抗坏血酸浓度均为0.2摩尔/升，浸入时间均为1小时。用该方法制备的抑菌涂层对变形链球菌的抑菌率为87％。
实施例3
按钛表面杀菌、抑菌涂层的制备步骤在钛表面制备抑菌涂层，步骤2中聚乙烯亚胺的分子量为70000；步骤3中质酸的分子量为500000，壳聚糖的粘度200-400mpa.s，壳聚糖和质酸水溶液浓度为4mg/L；步骤4中多层膜层数为40层。步骤5中氯化钠溶液浓度为0.3摩尔/升；步骤6中硝酸银溶液的浓度为0.2摩尔/升，浸入时间为1小时，抗坏血酸浓度均为0.4摩尔/升，浸入时间均为0.5小时。用该方法制备的抑菌涂层对变形链球菌的抑菌率为91％。
实施例4
按钛表面杀菌、抑菌涂层的制备步骤在钛表面制备抑菌涂层，步骤2中聚乙烯亚胺的分子量为70000；步骤3中质酸的分子量为500000，壳聚糖的粘度＞400mpa.s，壳聚糖和质酸水溶液浓度为2mg/L；步骤3中多层膜层数为40层；步骤5中氯化钠溶液浓度为0.4摩尔/升；步骤6中硝酸银溶液的浓度为0.3摩尔/升，浸入时间为1小时，抗坏血酸浓度均为0.3摩尔/升，浸入时间均为1小时。该方法制备的抑菌涂层对变形链球菌的抑菌率为93％。
实施例5
按钛表面杀菌、抑菌涂层的制备步骤在钛表面制备抑菌涂层，步骤2中聚乙烯亚胺的分子量为10000；步骤3中质酸的分子量为500000，壳聚糖的粘度＞400mpa.s，壳聚糖和质酸水溶液浓度为4mg/L；步骤4中多层膜层数为60层。步骤5中氯化钠溶液浓度为0.4摩尔/升；步骤6中硝酸银溶液的浓度为0.4摩尔/升，浸入时间为2小时，抗坏血酸浓度均为0.4摩尔/升，浸入时间均为1小时。用该方法制备的抑菌涂层对变形链球菌的抑菌率为91％。
实施例6
按钛表面杀菌、抑菌涂层的制备步骤在钛表面制备抑菌涂层，步骤2中聚乙烯亚胺的分子量为70000；步骤3中质酸的分子量为1000000，壳聚糖的粘度＞400mpa.s，壳聚糖和质酸水溶液浓度为2mg/L；步骤4中多层膜层数为60层。步骤5中氯化钠溶液浓度为0.3摩尔/升；步骤6中硝酸银溶液的浓度为0.5摩尔/升，浸入时间为2小时，抗坏血酸浓度均为0.4摩尔/升，浸入时间均为2小时。用该方法制备的抑菌涂层对变形链球菌的抑菌率为95％。
实施例7
按钛表面杀菌、抑菌涂层的制备步骤在钛表面制备抑菌涂层，步骤2中聚乙烯亚胺的分子量为70000；步骤3中质酸的分子量为1000000，壳聚糖的粘度＞400mpa.s，壳聚糖和质酸水溶液浓度为4mg/L；步骤4中多层膜层数为60层。步骤5中氯化钠溶液浓度为0.5摩尔/升；步骤6中硝酸银溶液的浓度为0.5摩尔/升，浸入时间为2小时，抗坏血酸浓度均为0.5摩尔/升，浸入时间均为2小时。用该方法制备的抑菌涂层对变形链球菌的抑菌率为97％。
附图是实例6空白组、对照组和实验组分别对变形链球菌的抗菌效果的荧光染色显微镜照片，其中绿色点代表活菌，红色点代表死菌；图1为空白组，图2为对照组，图3为实验组的抗菌效果。从图中可以看出本发明的涂层对变形链球菌具有较好的杀菌、抑菌效果。
上述实施例中，壳聚糖可用聚赖氨酸或超支化聚(β-氨基酯)替代；质酸可用海藻酸钠或聚谷氨酸或肝素替代；
上述PBS溶液为市场上直接购得。

Claims (4)

1.一种钛种植体表面制备抗菌涂层的方法，其特征在于：步骤如下：(1)取钛种植体，在60℃温度条件下用6mol/L的NaOH浸泡24小时，分别依次用自来水、去离子水各冲洗3次后，100℃烘干得到初处理钛片；
(2)将上步所得初处理钛片浸入聚乙烯亚胺水溶液30秒，取出用PBS溶液冲洗3次，备用；所述聚乙烯亚胺的分子量为10000或70000，其水溶液浓度为2mg/L；
(3)分别配制可生物降解的聚阳离子和聚阴离子聚电解质的水溶液，所述聚阳离子聚合物和聚阴离子聚合物水溶液的浓度均为1mg/L～5mg/L；
(4)将经过步骤2处理的钛片浸入聚阴离子聚合物水溶液中10秒，取出用PBS溶液冲洗三次；然后浸入聚阳离子聚合物水溶液中10秒，取出用PBS溶液冲洗三次；重复上述操作，在钛种植体表面形成聚阴离子层和聚阳离子层交替构成的多层复合膜；
(5)将上步所得钛片浸入氯化钠溶液2小时，用PBS溶液冲洗3次，所述氯化钠浓度为0.1摩尔/升-0.5摩尔/升；
(6)将上步处理好的钛片浸入硝酸银溶液0.5—2小时，然后再浸入抗坏血酸溶液0.5-2小时，取出用去离子水冲洗3次，得表面具备抗菌涂层的钛种植体；所述硝酸银溶液和抗坏血酸浓度均为0.1摩尔/升-0.5摩尔/升。
2.如权利要求1所述的钛种植体表面制备抗菌涂层的方法，其特征在于：所述步骤3中聚阳离子聚合物为壳聚糖或聚赖氨酸或超支化聚(β-氨基酯)；所述聚阴离子聚合物为质酸或海藻酸钠或聚谷氨酸或肝素。
3.如权利要求2所述的钛种植体表面制备抗菌涂层的方法，其特征在于：所述的聚阳离子聚合物为壳聚糖；所述聚阴离子聚合物为质酸，质酸的分子量为100000—1000000。
4.如权利要求1所述的钛种植体表面制备抗菌涂层的方法，其特征在于：所述步骤4中多层复合膜层数为10—60层。
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