CN106729995A - 一种具有高含量bmp/rgd涂层的种植体活性表面的构建方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了具有高含量BMP/RGD涂层的种植体活性表面的构建方法。本发明通过喷砂、酸蚀和碱热处理工艺的相结合的表面处理方法，制备覆盖有钛羟基的多孔粗糙表面，在其表面上交替重复引入带正电荷的Ⅰ型胶原蛋白/BMP‑2复合涂层和带负电荷的HA/RGD涂层，形成有序排列的多层分子涂层，大幅提高了涂层中BMP和RGD的载荷量，且涂层主要依靠阳离子与阴离子相互之间的静电引力形成，BMP和RGD在涂层中的稳定性高，种植体植入后随着各涂层的降解缓慢持续释放，促进细胞的附着、增殖和分化，促进成骨，促进种植体与周围骨组织的早期骨愈合。

Description

一种具有高含量BMP/RGD涂层的种植体活性表面的构建方法
技术领域
本发明属于生物医用植入物领域，具体涉及一种具有高含量BMP/RGD涂层的种植体活性表面的构建方法。
背景技术
钛金属具有良好的生物相容性、力学性能和机械加工潜力等优点，目前作为牙种植材料在口腔科广泛应用。然而，钛本身具有生物惰性，被植入机体后，引发愈合时间长、生物活性低，诱导骨修复能力差等问题。为了提高其生物活性，目前大多采用等离子喷涂、离子溅射、电泳、微波烧结等技术改造种植体表面的微观物理形貌和化学成分，形成具有较好生物相容性的粗糙多孔表面，并提高了种植体育骨组织的结合强度，但此类种植体与骨组织之间仍然是物理性结合，但无骨诱导性能，与周围组织的生物相容性低，临床上口腔种植治疗的周期相当长，给患者的生活带来诸多不便。近年来，在改造种植体表面的微观物理形貌的基础上，在其表面制备或涂覆生物活性分子涂层或薄膜，达到促进成骨细胞的增殖和分化来促使新骨的形成，缩短了治疗周期。
骨形态发生蛋白(BMP)为高效骨诱导因子，可在骨修复早期通过诱导未分化间充质细胞和骨髓基质细胞不可逆分化为软骨细胞和成骨细胞而诱导新骨形成。目前，将BMP作为生物活性分子引入种植体表面的研究很多，一般通过物理吸附、化学结合或者与生物相容性佳的高分子载体材料混溶后物理固定等方法固定于种植体表面，但普遍存在BMP的吸附量少，在生理条件下短时间内被快速释放或吸收降解，因此无法在局部发挥持续剌激和诱导成骨的作用，其生物活性难以得到充分发挥。还存在与载体或种植体基体的结合强度低，应用中存在长期稳定效果差、容易脱落等问题。
发明内容
鉴于上述现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种具有高含量BMP/RGD涂层的种植体活性表面的构建方法.
本发明的技术方案如下：
一种具有高含量BMP/RGD涂层的种植体活性表面的构建方法，包括以下步骤：
(1)将钛金属种植体表面用200、300、600和2000目砂纸逐级打磨，清洗，在60℃烘干；
(2)用75μm TiO2颗粒，通过喷嘴对种植体表面进行喷砂处理；
(3)将喷砂处理后的种植体置于氢氟酸与盐酸组成的混合酸蚀剂中进行表面刻蚀处理，取出种植体超声清洗，室温自然干燥；
(4)表面刻蚀处理、干燥后的种植体置于60℃、5mol/L NaOH溶液孵育24-48h，用水超声清洗后，干燥后600℃下处理1-2h；
(5)干燥处理后的种植体浸入带正电荷的Ⅰ型胶原蛋白/BMP复合涂层溶液中，室温放置10-30min，用蒸馏水清洗；
(6)蒸馏水清洗后的种植体浸入带负电荷的HA/RGD复合涂层溶液中，室温放置10-30min，用蒸馏水清洗；
(7)重复步骤(5)-(6)即可得到带有不同层数涂层的种植体活性表面。
进一步地，在上述技术方案中，所述的带正电荷的Ⅰ型胶原蛋白/BMP复合涂层溶液按照如下方法制备得到：将Ⅰ型胶原蛋白溶解于去离子水中，用HCl调整pH值至4.0，加入NaCl溶解，再加入BMP，搅拌溶解，得复合涂层溶液，其中在所述复合涂层溶液中，Ⅰ型胶原蛋白浓度为1-2mg/mL，NaCl浓度为0.1-0.2M，BMP浓度为1-5mg/mL。在该复合涂层溶液中Ⅰ型胶原蛋白和BMP均带正电荷。
进一步地，在上述技术方案中，所述的带负电荷的HA/RGD复合涂层溶液按照如下方法制备得到：将HA-RGD复合材料溶解于去离子水中，用HCl调整pH值至2.9，加入NaCl溶解，得HA/RGD复合涂层溶液，其中HA-RGD复合材料浓度为1-2mg/mL，NaCl的终浓度为0.1-0.2M。
进一步地，在上述技术方案中，所述的HA-RGD复合材料按照如下方法制备得到：HA和RGD分散在去离子水中形成分散液，加入EDC和NHS的混合溶液，搅拌1-4h后，透析、冷冻干燥得HA-RGD复合材料。HA-RGD复合材料可以根据本领域常规方法制备得到，即利用活化剂EDC、NHS介导的羧胺反应，使HA和RGD之间形成酰胺键，从而将RGD引入到HA上。
进一步地，在上述技术方案中，在步骤(2)中，所述的喷砂处理条件为：压缩空气压力为0.3-0.4MPa，喷嘴离种植体表面的具体为5-10cm，喷射时间为2-10s。
进一步地，在上述技术方案中，在步骤(3)中，所述的混合酸蚀剂为47％的HF与38％的HCl按照体积比为1:1的混合液。
进一步地，在上述技术方案中，在步骤(3)中，所述的表面刻蚀处理温度为60℃，刻蚀处理时间为10-20min。
本发明中，所述RGD是Arg-Gly-Asp的短肽序列，由精氨酸、甘氨酸和天冬氨酸组成；所述EDC·HCl为1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺盐酸盐，英文名称：1-(3-Dimethylaminopropyl)-3-ethylcarbodiimide hydrochloride；所述NHS为N-羟基琥珀酰亚胺，英文名称:N-Hydroxysuccinimide。
本发明的有益效果：
1.本发明通过喷砂、酸蚀和碱热处理工艺的相结合的表面处理方法，提高材料表面的粗糙度和表面能，增强材料表面的活性，种植体与骨组织的骨整合性能。
2.通过表面处理，种植体基底表面覆盖了大量的钛羟基，通过氢键的作用能够结合聚阳离子电解质，本发明先引入带正电荷的Ⅰ型胶原蛋白/BMP-2复合涂层，然后再引入带带负电荷的HA/RGD涂层，通过重复交替引入的方法，大幅提高了涂层中BMP和RGD的载荷量，且涂层主要依靠阳离子与阴离子相互之间的静电引力，在种植体固体表面形成有序排列的分子涂层，BMP和RGD在涂层中的稳定性高，种植体植入后随着各涂层的降解缓慢持续释放，促进了细胞的附着、增殖和分化，促进成骨，促进种植体与周围骨组织的早期骨愈合。
3.BMP-2在酸性条件下比较稳定，溶入PH值为4.0的Ⅰ型胶原蛋白电解质溶液中不会使BMP-2的活性丧失。
具体实施方式
下述非限制性实施例可以使本领域的普通技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。下述实施例中，如无特殊说明，所使用的实验方法均为常规方法，所用试剂等均可从化学公司购买。
下述实施例使用的HA-RGD复合材料按照如下方法制备得到：将HA和RGD分散在去离子水中形成分散液，其中HA羧基和RGD的质量比为10:1；加入EDC和NHS至溶液中的浓度分别为5mg/mL和2mg/mL，搅拌2h后，透析、冷冻干燥得HA-RGD复合材料。
实施例1
具有高含量BMP/RGD涂层的种植体活性表面，按照如下方法制备得到：
(1)将钛金属种植体表面用200、300、600和2000目砂纸逐级打磨，清洗，在60℃烘干；
(2)用75μmTiO2颗粒，通过喷嘴对种植体表面进行喷砂处理，所述的喷砂处理条件为：压缩空气压力为0.3-0.4MPa，喷嘴离种植体表面的距离为5cm，喷射时间为2s；
(3)将喷砂处理后的种植体置于氢氟酸与盐酸组成的混合酸蚀剂中进行表面刻蚀处理，刻蚀处理温度为60℃，刻蚀处理时间为10min，取出种植体超声清洗，室温自然干燥；其中混合酸蚀剂为47％的HF与38％的HCl按体积比1:1的混合物；
(4)将进行表面刻蚀处理、干燥后的种植体置于60℃、5mol/L NaOH溶液孵育24h，用水超声清洗后，干燥后600℃下处理1h；
(5)将干燥处理后的种植体浸入带正电荷的Ⅰ型胶原蛋白/BMP复合涂层溶液中，室温放置10min，用蒸馏水清洗；
(6)在步骤(5)中蒸馏水清洗后的种植体浸入带负电荷的HA/RGD复合涂层溶液中，室温放置10min，用蒸馏水清洗；
(7)重复步骤(5)-(6)10次，得到带有10层Ⅰ型胶原蛋白/BMP-HA涂层的种植体活性表面。
所述的带正电荷的Ⅰ型胶原蛋白/BMP复合涂层溶液按照如下方法制备得到：将Ⅰ型胶原蛋白溶解于去离子水中，用HCl调整pH值至4.0，加入NaCl溶解，再加入BMP，搅拌溶解，得复合涂层溶液，其中在所述复合涂层溶液中Ⅰ型胶原蛋白浓度为1mg/mL，NaCl浓度为0.15M，BMP浓度为1mg/mL。
所述的带负电荷的HA/RGD复合涂层溶液按照如下方法制备得到：将HA-RGD复合材料溶解于去离子水中，用HCl调整pH值至2.9，加入NaCl溶解，得HA/RGD复合涂层溶液，其中HA-RGD复合材料浓度为1mg/mL，NaCl的终浓度为0.15M。
实施例2
具有高含量BMP/RGD涂层的种植体活性表面，按照如下方法制备得到：
(1)将钛金属种植体表面用200、300、600和2000目砂纸逐级打磨，清洗，在60℃烘干；
(2)用75μmTiO2颗粒，通过喷嘴对种植体表面进行喷砂处理，所述的喷砂处理条件为：压缩空气压力为0.3-0.4MPa，喷嘴离种植体表面的距离为8cm，喷射时间为10s；
(3)将喷砂处理后的种植体置于氢氟酸与盐酸组成的混合酸蚀剂中进行表面刻蚀处理，刻蚀处理温度为60℃，刻蚀处理时间为10min，取出种植体超声清洗，室温自然干燥；其中混合酸蚀剂为47％的HF与38％的HCl按体积比1:1的混合物；
(4)将进行表面刻蚀处理后的种植体置于60℃、5mol/L NaOH溶液孵育48h，用水超声清洗后，干燥后600℃下处理1.5h；
(5)将干燥处理后的种植体浸入带正电荷的Ⅰ型胶原蛋白/BMP复合涂层溶液中，室温放置30min，用蒸馏水清洗；
(6)在步骤(5)中蒸馏水清洗后的种植体浸入带负电荷的HA/RGD复合涂层溶液中，室温放置30min，用蒸馏水清洗；
(7)重复步骤(5)-(6)5次，得到带有5层Ⅰ型胶原蛋白/BMP-HA涂层的种植体活性表面。
所述的带正电荷的Ⅰ型胶原蛋白/BMP复合涂层溶液按照如下方法制备得到：将Ⅰ型胶原蛋白溶解于去离子水中，用HCl调整pH值至4.0，加入NaCl溶解，再加入BMP，搅拌溶解，得复合涂层溶液，其中在所述复合涂层溶液中Ⅰ型胶原蛋白浓度为2mg/mL，NaCl浓度为0.15M，BMP浓度为5mg/mL。
所述的带负电荷的HA/RGD复合涂层溶液按照如下方法制备得到：将HA-RGD复合材料溶解于去离子水中，用HCl调整pH值至2.9，加入NaCl溶解，得HA/RGD复合涂层溶液，其中HA-RGD复合材料浓度为2mg/mL，NaCl的终浓度为0.5M。

Claims (7)

1.一种具有高含量BMP/RGD涂层的种植体活性表面的构建方法，包括以下步骤：
(1)将钛金属种植体表面用200、300、600和2000目砂纸逐级打磨，清洗，在60℃烘干；
(2)用75μm TiO2颗粒，通过喷嘴对种植体表面进行喷砂处理；
(3)将喷砂处理后的种植体置于氢氟酸与盐酸组成的混合酸蚀剂中进行表面刻蚀处理，取出种植体超声清洗，室温自然干燥；
(4)表面刻蚀处理、干燥后的种植体置于60℃、5mol/L NaOH溶液孵育24-48h，用水超声清洗后，干燥后600℃下处理1-2h；
(5)干燥处理后的种植体浸入带正电荷的Ⅰ型胶原蛋白/BMP复合涂层溶液中，室温放置10-30min，用蒸馏水清洗；
(6)蒸馏水清洗后的种植体浸入带负电荷的HA/RGD复合涂层溶液中，室温放置10-30min，用蒸馏水清洗；
(7)重复步骤(5)-(6)即可得到带有不同层数涂层的种植体活性表面。
2.根据权利要求1所述的构建方法，其特征在于，所述的带正电荷的Ⅰ型胶原蛋白/BMP复合涂层溶液按照如下方法制备得到：将Ⅰ型胶原蛋白溶解于去离子水中，用HCl调整pH值至4.0，加入NaCl溶解，再加入BMP，搅拌溶解，得复合涂层溶液，其中在所述复合涂层溶液中，Ⅰ型胶原蛋白浓度为1-2mg/mL，NaCl浓度为0.1-0.2M，BMP浓度为1-5mg/mL。
3.根据权利要求1所述的构建方法，其特征在于，所述的带负电荷的HA/RGD复合涂层溶液按照如下方法制备得到：将HA-RGD复合材料溶解于去离子水中，用HCl调整pH值至2.9，加入NaCl溶解，得HA/RGD复合涂层溶液，其中HA-RGD复合材料浓度为1-2mg/mL，NaCl的终浓度为0.1-0.2M。
4.根据权利要求3所述的构建方法，其特征在于，所述的HA-RGD复合材料按照如下方法制备得到：HA和RGD分散在去离子水中形成分散液，加入EDC和NHS的混合溶液，搅拌1-4h后，透析、冷冻干燥得HA-RGD复合材料。
5.根据权利要求1所述的构建方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述的喷砂处理条件为：压缩空气压力为0.3-0.4MPa，喷嘴离种植体表面的距离为5-10cm，喷射时间为2-10s。
6.根据权利要求1所述的构建方法，其特征在于，在步骤(3)中，所述的混合酸蚀剂为47％的HF与38％的HCl按照体积比1:1混合的混合液。
7.根据权利要求1所述的构建方法，其特征在于，在步骤(3)中，所述的表面刻蚀处理温度为60℃，刻蚀处理时间为10-20min。
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