CN108261567A - 骨融合体及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种骨融合体及其制备方法。该骨融合体包括：表面为纳米管结构的医用金属基体；HA纳米粒子，附着在纳米管结构的端面以及靠近端面的内壁上；3‑(三氟甲基)苄基硫醇附着层，与金属基体通过化学键相连并附着在纳米管结构的表面上；以及乙二醇类化合物附着层，附着在3‑(三氟甲基)苄基硫醇附着层上，且与3‑(三氟甲基)苄基硫醇附着层通过化学键相连，且乙二醇类化合物附着层具有与成骨细胞空间构型相匹配的空穴，至少部分HA纳米粒子裸露在空穴中。纳米管结构使附着层的附着更牢固，提高对细菌粘附的抵抗能力；裸露的HA纳米粒子便可发挥其促进成骨细胞的固定和生长的作用，进而增强骨融合体的生物固定作用。

Description

骨融合体及其制备方法
技术领域
本发明涉及医用材料，具体而言，涉及一种骨融合体及其制备方法。
背景技术
椎间盘退行性病变是一种常见的骨科疾病，现代医学实施椎间融合手术治疗椎间盘退行性病变已经相当成熟，但在一些病例中，由于植入的常规椎间融合器只作为支撑椎体间隙的植入物，需要配合植骨才能实现椎体间的融合，而当前医学界常规使用的方法是椎间植入自体骨或异体骨，内置金属支撑器或椎间融合器等等。但由于自体骨来源有限，异体骨价格昂贵且有生物学方面的风险，因此并不是每一位需要进行骨缺损填充的患者都能够得到满意的治疗。同时在做此类手术时很容易发生感染，有可能会导致大量抗生素治疗、去除椎间融合器甚至死亡等严重后果。并且，现有椎间融合器也会出现术后骨融合效果不好的情况，造成术后假体移位，影响手术效果。
而手术感染究其原因有两点：菌斑在假体表面聚集和种植体骨结合界面抵抗能力低下。因此，需要提高钛金属材料的抗菌性能和促进成骨细胞生长功能。
细菌在材料表面的生长，分成三步：首先是细菌在材料表面的粘附，然后是细菌的繁殖，最后形成稳定的生物膜。一旦细菌在材料表面形成生物膜，杀菌剂就很难对细菌发挥作用。因此，具备抵抗细菌粘附功能的材料，可有效避免细菌产生的感染问题。乙二醇类化合物对材料表面修饰被认为是抵抗细菌粘附最有效的方法。但是这种修饰方法的缺点是不能提供成骨细胞在材料表面的固定和生长。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种骨融合体及其制备方法，以解决现有技术中的乙二醇类化合物不能提供成骨细胞导致骨融合体不能生物固定的问题。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种骨融合体，包括：表面为纳米管结构的医用金属基体；HA纳米粒子，附着在纳米管结构的端面以及靠近端面的内壁上；3-(三氟甲基)苄基硫醇附着层，与金属基体通过化学键相连并附着在纳米管结构的表面上；以及乙二醇类化合物附着层，附着在3-(三氟甲基)苄基硫醇附着层上，且与3-(三氟甲基)苄基硫醇附着层通过化学键相连，且乙二醇类化合物附着层具有与成骨细胞空间构型相匹配的空穴，至少部分HA纳米粒子裸露在空穴中。
进一步地，上述纳米管结构的管径为90～100nm。
进一步地，上述医用金属基体为钛金属、钛合金、钴合金、不锈钢、钽金属或镁合金。
进一步地，上述乙二醇类化合物附着层由甲基丙烯酸聚乙二醇甲基醚酯和甲基丙烯酸聚乙二醇酯在CuCl2和乙醇环境下在3-(三氟甲基)苄基硫醇附着层的表面上发生交联反应得到，优选甲基丙烯酸聚乙二醇甲基醚酯的分子量为500～700，甲基丙烯酸聚乙二醇酯的分子量为400～600。
进一步地，上述医用金属基体为3D打印医用金属基体。
进一步地，上述空穴采用分子印迹方法设置成骨细胞后去除成骨细胞得到。
进一步地，上述骨融合体为椎间融合器。
根据本发明的另一方面，提供了一种骨融合体的制备方法，该制备方法包括：采用电解液对医用金属基体进行电解处理，其中医用金属为阳极，且电解液中具有Ca2+和P5+，在医用金属基体表面形成纳米管结构且在纳米管结构的的端面以及靠近端面的内壁上沉积HA纳米粒子，得到纳米结构体；将纳米结构体浸渍于3-(三氟甲基)苄基硫醇中，20～50h后，在医用金属基体的纳米管结构表面上形成通过化学键相连的3-(三氟甲基)苄基硫醇附着层，得到第一附着体；配制甲基丙烯酸聚乙二醇甲基醚酯、甲基丙烯酸聚乙二醇酯、CuCl、水、乙醇和成骨细胞形成的混合溶液；在惰性气体或氮气保护下，将第一附着体浸渍在混合溶液中，并在浸渍过程中加入CuCl且控制温度为90～110℃，在3-(三氟甲基)苄基硫醇附着层的表面上形成通过化学键相连的乙二醇类化合物附着层，得到第二附着体；以及利用胶原酶去除成骨细胞，得到分散在乙二醇类化合物附着层中的空穴，其中至少部分HA纳米粒子裸露在空穴中。
进一步地，上述制备方法还包括对医用金属基体进行预处理的步骤，预处理的步骤包括：3D打印医用金属基体表面利用相应的金属粉末按照600目至1200目顺序进行喷砂处理，得到喷砂处理体；利用丙酮、乙醇和蒸馏水依次对喷砂处理体进行超声处理15～30min，然后再90～110℃下真空干燥，得到医用金属基体。
进一步地，上述得到纳米结构体的步骤包括：在阳极氧化电解液中，将医用金属基体作为阳极，采用铂片作为阴极，将阳极氧化电压按2～8V/s的速度递加到60～80V，氧化过程中电解液一直电磁搅拌，阳极氧化电解液中的Ca2+和P5+的浓度各自独立地为0.25～0.35mol/L；至少10分钟后，阳极氧化处理完毕，用蒸馏水冲洗，吹干，得到纳米结构体。
进一步地，上述得到第二附着体的步骤将80～90mmol分子量为500～700的甲基丙烯酸聚乙二醇甲基醚酯、0.25～35mmol分子量为400～600的甲基丙烯酸聚乙二醇酯、5～15mmol CuCl2加入600ml水和30ml乙醇中，搅拌均匀形成初混液；向初混液中加入5～10mL密度为3×104/ml的成骨细胞，搅拌均匀，形成混合液；向混合液中加入面积为5×1.5cm2的第一附着体、2.6mmol CuCl形成反应体系，在氮气保护下使反应体系在90～110℃反应20～40min得到第二附着体。
应用本发明的技术方案，本申请的骨融合体的医用金属基体的表面为纳米管结构，因此能够使3-(三氟甲基)苄基硫醇附着层和乙二醇类化合物附着层在其纳米管结构的表面附着更牢固，提高对细菌粘附的抵抗能力；同时，HA纳米粒子附着在纳米管结构的端面以及靠近所述端面的内壁上，即主要分布在纳米管结构的管口附近，能够尽可能地避开3-(三氟甲基)苄基硫醇附着层和乙二醇类化合物附着层的覆盖，进而使得部分HA粒子能够裸露在乙二醇类化合物附着层的与成骨细胞空间构型相匹配的空穴中，那么裸露的HA纳米粒子便可发挥其促进成骨细胞的固定和生长的作用，进而增强骨融合体的生物固定作用。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1示出了根据本发明的一种典型实施方式提供的骨融合体的结构示意图；以及
图2示出了图1所述的骨融合体的其中一个纳米管结构的结构示意图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
如本申请背景技术所分析的，现有技术采用乙二醇类化合物对材料进行修饰的方法不能提供成骨细胞在材料表面的固定和生长，导致骨融合体的生物固定性较差，为了解决该问题，本申请发明人对成骨细胞的固定和生长条件进行研究，发现羟基磷灰石(HA)可以在一定程度上促进成骨细胞的固定和生长，但是由于乙二醇类化合物附着层的结构特点导致羟基磷灰石无法衔接骨融合体的医用金属基体和所嵌入的骨骼，导致HA的作用无法发挥。为了解决该问题，本申请提供了一种骨融合体及其制备方法。
在本申请一种典型的实施方式中，提供了一种骨融合体，如图1和图2所示，骨融合体包括：表面为纳米管结构11的医用金属基体10、HA纳米粒子20、3-(三氟甲基)苄基硫醇附着层30和乙二醇类化合物附着层40，HA纳米粒子20附着在纳米管结构11的端面以及靠近所述端面的内壁上；3-(三氟甲基)苄基硫醇附着层30与金属基体通过化学键相连并附着在纳米管结构11的表面上；乙二醇类化合物附着层40附着在3-(三氟甲基)苄基硫醇附着层30上，且与3-(三氟甲基)苄基硫醇附着层30通过化学键相连，且乙二醇类化合物附着层40具有与成骨细胞空间构型相匹配的空穴41，至少部分HA纳米粒子20裸露在空穴41中。
本申请的骨融合体的医用金属基体10的表面为纳米管结构11，因此能够使3-(三氟甲基)苄基硫醇附着层30和乙二醇类化合物附着层40在其纳米管结构11的表面附着更牢固，提高对细菌粘附的抵抗能力；同时，HA纳米粒子20附着在纳米管结构11的端面以及靠近所述端面的内壁上，即主要分布在纳米管结构11的管口附近，能够尽可能地避开3-(三氟甲基)苄基硫醇附着层30和乙二醇类化合物附着层40的覆盖，进而使得部分HA粒子能够裸露在乙二醇类化合物附着层40的与成骨细胞空间构型相匹配的空穴41中，那么裸露的HA纳米粒子便可发挥其促进成骨细胞的固定和生长的作用，进而增强骨融合体的生物固定作用。上述骨融合体可以为椎间融合器。
为了能够使表面的附着层附着的更牢固，优选上述纳米管结构11的管径为90～100nm。
可用于本申请的医用金属基体10可以为钛金属、钛合金、钴合金、不锈钢、钽金属或镁合金。上述各种金属基体和HA纳米粒子20、3-(三氟甲基)苄基硫醇附着层30和乙二醇类化合物附着层40形成的骨融合体均具有上述优势。此外，优选该医用金属基体10为3D打印医用金属基体，3D打印医用金属基体在尺寸上可控，且能够保证周围组织保持原有位置状态，使所形成的骨融合体的融合面与临近椎体生理关节面良好吻合；假体植入人体后将与周围生理骨结构嵌合并形成骨融合以达到长期稳定。
在本申请一种优选的实施例中，上述乙二醇类化合物附着层40由甲基丙烯酸聚乙二醇甲基醚酯和甲基丙烯酸聚乙二醇酯在CuCl2和乙醇环境下在3-(三氟甲基)苄基硫醇附着层30的表面上发生交联反应得到。在交联反应过程中，即可使得所形成的乙二醇类化合物直接附着在3-(三氟苯基)苄基硫醇附着层，附着更牢固；且能够附着在纳米管结构11的空隙内部。
在上述交联反应中，为了控制所得到的乙二醇类化合物的分子量来进一步控制其附着力，优选上述甲基丙烯酸聚乙二醇甲基醚酯的分子量为500～700，甲基丙烯酸聚乙二醇酯的分子量为400～600。
本申请的骨融合体的乙二醇类化合物附着层40的空穴41的形成过程可以为采用分子印迹方法设置具有成骨细胞的附着层后再去除成骨细胞。
在本申请另一种典型的实施方式中，提供了一种骨融合体的制备方法，该制备方法包括：采用电解液对医用金属基体进行电解处理，其中医用金属为阳极，且电解液中具有Ca2+和P5+，在医用金属基体表面形成纳米管结构且在纳米管结构的端面以及靠近端面的内壁上沉积HA纳米粒子，得到纳米结构体；将纳米结构体浸渍于3-(三氟甲基)苄基硫醇中，20～50h后，在医用金属基体的纳米管结构表面上形成通过化学键相连的3-(三氟甲基)苄基硫醇附着层，得到第一附着体；配制甲基丙烯酸聚乙二醇甲基醚酯、甲基丙烯酸聚乙二醇酯、CuCl、水、乙醇和成骨细胞形成的混合溶液；在惰性气体或氮气保护下，将第一附着体浸渍在混合溶液中，并在浸渍过程中加入CuCl且控制温度为90～110℃，在3-(三氟甲基)苄基硫醇附着层的表面上形成通过化学键相连的乙二醇类化合物附着层，得到第二附着体；以及利用胶原酶去除成骨细胞，得到分散在乙二醇类化合物附着层中的空穴，其中至少部分HA纳米粒子裸露在空穴中。
上述制备方法，电解液中含有Ca2+和P5+，进而能够在形成纳米管结构的同时，Ca2+和P5+可沉积在纳米管结构的靠近管口处，即在纳米管结构的端面以及靠近端面的内壁上形成了HA纳米粒子；然后再进一步通过浸渍方法，使得3-(三氟甲基)苄基硫醇能够进入纳米管结构的孔隙中与医用金属基体以化学键相连；接着利用原位交联的方式使得甲基丙烯酸聚乙二醇甲基醚酯和甲基丙烯酸聚乙二醇酯在3-(三氟甲基)苄基硫醇附着层的表面交联，且与其形成化学键连接，既能保证所形成的乙二醇类化合物附着层形成在纳米管结构的孔隙中而且保证了其的牢固附着，提高对细菌粘附的抵抗能力；且在形成乙二醇类化合物附着层后，采用胶原酶去除成骨细胞，从而在乙二醇类化合物附着层上形成与成骨细胞空间构型相匹配的空穴，此时部分HA纳米粒子便从空穴中裸露出来，能够充分发挥其促进成骨细胞的固定和生长的作用，进而增强骨融合体的生物固定作用。
在本申请一种优选的实施例中，上述制备方法还包括对医用金属基体进行预处理的步骤，预处理的步骤包括：3D打印医用金属基体表面利用相应的金属粉末按照600目至1200目顺序进行喷砂处理，得到喷砂处理体；利用丙酮、乙醇和蒸馏水依次对喷砂处理体进行超声处理15～30min，然后再90～110℃下真空干燥，得到医用金属基体。
3D打印医用金属基体在尺寸上可控，且能够保证周围组织保持原有位置状态，使所形成的骨融合体的融合面与临近椎体生理关节面良好吻合；假体植入人体后将与周围生理骨结构嵌合并形成骨融合以达到长期稳定；进行进一步的处理后可以减少金属表面氧化膜对附着层的影响，增大附着层和金属表面的接触面积，提高附着层和金属基体的结合力。
在本申请另一种优选的实施例中，上述得到纳米结构体的步骤包括：在阳极氧化电解液中，将医用金属基体作为阳极，采用铂片作为阴极，将阳极氧化电压按2～8V/s的速度递加到最终电压60～80V，当电压升高到20V左右时，有气体从阳极表面逸出，氧化过程中电解液一直电磁搅拌，阳极氧化电解液中的Ca2+和P5+的浓度各自独立地为0.25～0.35mol/L；至少10分钟后，阳极氧化处理完毕，用蒸馏水冲洗，吹干，得到纳米结构体。
在阳极氧化中，氧化膜的厚度与电压大小成正比，色泽主要与膜层的厚度有较大关系，在阳极氧化时，在阳极发生的反应主要有以下几种：
Ti+H2O＝TiO+2H++2e(1)
2Ti+3H2O＝Ti2O3+6H++6e(2)
Ti+2H2O＝TiO2+4H++4e(3)
3Ti+5H2O＝Ti3O5+10H++10e(4)
根据反应电压高低和反应时间的长短生成不同价态的氧化钛膜层；电解液中的Ca2+和P5+的浓度不同，在阳极氧化膜层中离子的含量不同；阳极氧化时间较短时，制备的阳极氧化膜层较薄，当阳极氧化进行25min时，膜层厚度和色泽均为理想。通过本发明的优选的工艺，能够得到厚度均匀、色泽一致膜层与基体结合力高的氧化膜层。本申请的第二附着体采用分子印迹方法形成，优选得到第二附着体的步骤包括：将80～90mmol分子量为500～700的甲基丙烯酸聚乙二醇甲基醚酯、0.25～35mmol分子量为400～600的甲基丙烯酸聚乙二醇酯、5～15mmol CuCl2加入600ml水和30ml乙醇中，搅拌均匀形成初混液；向初混液中加入5～10mL密度为3×104/ml的成骨细胞，搅拌均匀，形成混合液；向混合液中加入面积为5×1.5cm2的第一附着体、2.6mmol CuCl形成反应体系，在氮气保护下使反应体系在90～110℃反应20～40min得到第二附着体。在上述条件下，能够使尽可能多的成骨细胞融合进行乙二醇类化合物附着层中，从而在将成骨细胞去除后能够使更多的HA纳米粒子裸露出来。
以下将结合实施例和对比例，进一步说明本申请的有益效果。
骨融合体制备
实施例1
3D打印完成的多孔钛合金骨融合体表面用钛合金粉末按照600目至1200目顺序进行喷砂处理得到喷砂处理体，然后用丙酮、乙醇和蒸馏水依次对喷砂处理体超声处理20分钟，100℃真空干燥，得到医用金属基体10；在阳极氧化电解液中，将医用金属基体10连接到电源阳极，阴极采用铂片电极，将阳极氧化电压按5V/s的速度缓慢递加到最终电压70V，氧化过程中电解液一直电磁搅拌，电解液中含0.29mol的Ca、P离子，25分钟后，阳极氧化处理完毕，立刻用大量蒸馏水冲洗，吹干，得到纳米结构体；然后将纳米结构体浸泡于10mmol3-(三氟甲基)苄基硫醇中，浸泡48小时，蒸馏水洗净，干燥，得到第一附着体；将85mmol分子量为600的甲基丙烯酸聚乙二醇甲基醚酯、0.29mmol分子量为500的甲基丙烯酸聚乙二醇酯、10mmol CuCl2加入600ml水和30ml乙醇中，搅拌均匀，加入8mL密度为3×104/ml的成骨细胞，搅拌均匀；加入面积为5×1.5cm2的第一附着体，加入2.6mmol CuCl，通氮气保护下100℃反应30分钟得到第二附着体；反应结束后，取出二附着体，蒸馏水洗净后放入装有5％I型胶原酶5ml的瓶中，消化50秒后取出，蒸馏水洗净后超声30分钟，取出于100℃真空干燥，得到骨融合体。
实施例2
3D打印完成的多孔钛合金骨融合体表面用钛合金粉末按照600目至1200目顺序进行喷砂处理得到喷砂处理体，然后用丙酮、乙醇和蒸馏水依次对喷砂处理体超声处理20分钟，100℃真空干燥，得到医用金属基体10；在阳极氧化电解液中，将医用金属基体10连接到电源阳极，阴极采用铂片电极，将阳极氧化电压按2V/s的速度缓慢递加到最终电压70V，氧化过程中电解液一直电磁搅拌，电解液中含0.25mol的Ca、P离子，25分钟后，阳极氧化处理完毕，立刻用大量蒸馏水冲洗，吹干，得到纳米结构体；然后将纳米结构体浸泡于10mmol 3-(三氟甲基)苄基硫醇中，浸泡48小时，蒸馏水洗净，干燥，得到第一附着体；将80mmol分子量为600的甲基丙烯酸聚乙二醇甲基醚酯、0.25mmol分子量为500的甲基丙烯酸聚乙二醇酯、5mmol CuCl2加入600ml水和30ml乙醇中，搅拌均匀，加入5mL密度为3×104/ml的成骨细胞，搅拌均匀；加入面积为5×1.5cm2的第一附着体，加入2.6mmol CuCl，通氮气保护下100℃反应30分钟得到第二附着体；反应结束后，取出二附着体，蒸馏水洗净后放入装有5％I型胶原酶5ml的瓶中，消化50秒后取出，蒸馏水洗净后超声30分钟，取出于100℃真空干燥，得到骨融合体。
实施例3
3D打印完成的多孔钛合金骨融合体表面用钛合金粉末按照600目至1200目顺序进行喷砂处理得到喷砂处理体，然后用丙酮、乙醇和蒸馏水依次对喷砂处理体超声处理20分钟，100℃真空干燥，得到医用金属基体10；在阳极氧化电解液中，将医用金属基体10连接到电源阳极，阴极采用铂片电极，将阳极氧化电压按8V/s的速度缓慢递加到最终电压70V，氧化过程中电解液一直电磁搅拌，电解液中含0.35mol的Ca、P离子，25分钟后，阳极氧化处理完毕，立刻用大量蒸馏水冲洗，吹干，得到纳米结构体；然后将纳米结构体浸泡于10mmol 3-(三氟甲基)苄基硫醇中，浸泡48小时，蒸馏水洗净，干燥，得到第一附着体；将90mmol分子量为600的甲基丙烯酸聚乙二醇甲基醚酯、0.35mmol分子量为500的甲基丙烯酸聚乙二醇酯、5mmol CuCl2加入600ml水和30ml乙醇中，搅拌均匀，加入10mL密度为3×104/ml的成骨细胞，搅拌均匀；加入面积为5×1.5cm2的第一附着体，加入2.6mmol CuCl，通氮气保护下110℃反应20分钟得到第二附着体；反应结束后，取出二附着体，蒸馏水洗净后放入装有5％I型胶原酶5ml的瓶中，消化50秒后取出，蒸馏水洗净后超声30分钟，取出于100℃真空干燥，得到骨融合体。
实施例4
3D打印完成的多孔钛合金骨融合体表面用钛合金粉末按照600目至1200目顺序进行喷砂处理得到喷砂处理体，然后用丙酮、乙醇和蒸馏水依次对喷砂处理体超声处理20分钟，100℃真空干燥，得到医用金属基体10；在阳极氧化电解液中，将医用金属基体10连接到电源阳极，阴极采用铂片电极，将阳极氧化电压按5V/s的速度缓慢递加到最终电压70V，氧化过程中电解液一直电磁搅拌，电解液中含0.29mol的Ca、P离子，25分钟后，阳极氧化处理完毕，立刻用大量蒸馏水冲洗，吹干，得到纳米结构体；然后将纳米结构体浸泡于10mmol 3-(三氟甲基)苄基硫醇中，浸泡48小时，蒸馏水洗净，干燥，得到第一附着体；将85mmol分子量为700的甲基丙烯酸聚乙二醇甲基醚酯、0.29mmol分子量为500的甲基丙烯酸聚乙二醇酯、5mmol CuCl2加入600ml水和30ml乙醇中，搅拌均匀，加入5mL密度为3×104/ml的成骨细胞，搅拌均匀；加入面积为5×1.5cm2的第一附着体，加入2.6mmol CuCl，通氮气保护下100℃反应30分钟得到第二附着体；反应结束后，取出二附着体，蒸馏水洗净后放入装有5％I型胶原酶5ml的瓶中，消化50秒后取出，蒸馏水洗净后超声30分钟，取出于100℃真空干燥，得到骨融合体。
实施例5
3D打印完成的多孔钛合金骨融合体表面用钛合金粉末按照600目至1200目顺序进行喷砂处理得到喷砂处理体，然后用丙酮、乙醇和蒸馏水依次对喷砂处理体超声处理20分钟，100℃真空干燥，得到医用金属基体10；在阳极氧化电解液中，将医用金属基体10连接到电源阳极，阴极采用铂片电极，将阳极氧化电压按5V/s的速度缓慢递加到最终电压70V，氧化过程中电解液一直电磁搅拌，电解液中含0.29mol的Ca、P离子，25分钟后，阳极氧化处理完毕，立刻用大量蒸馏水冲洗，吹干，得到纳米结构体；然后将纳米结构体浸泡于10mmol 3-(三氟甲基)苄基硫醇中，浸泡48小时，蒸馏水洗净，干燥，得到第一附着体；将85mmol分子量为500的甲基丙烯酸聚乙二醇甲基醚酯、0.29mmol分子量为600的甲基丙烯酸聚乙二醇酯、5mmol CuCl2加入600ml水和30ml乙醇中，搅拌均匀，加入10mL密度为3×104/ml的成骨细胞，搅拌均匀；加入面积为5×1.5cm2的第一附着体，加入2.6mmol CuCl，通氮气保护下100℃反应30分钟得到第二附着体；反应结束后，取出二附着体，蒸馏水洗净后放入装有5％I型胶原酶5ml的瓶中，消化50秒后取出，蒸馏水洗净后超声30分钟，取出于100℃真空干燥，得到骨融合体。
实施例6
3D打印完成的多孔钛合金骨融合体表面用钛合金粉末按照600目至1200目顺序进行喷砂处理得到喷砂处理体，然后用丙酮、乙醇和蒸馏水依次对喷砂处理体超声处理20分钟，100℃真空干燥，得到医用金属基体10；在阳极氧化电解液中，将医用金属基体10连接到电源阳极，阴极采用铂片电极，将阳极氧化电压按5V/s的速度缓慢递加到最终电压60V，氧化过程中电解液一直电磁搅拌，电解液中含0.29mol的Ca、P离子，25分钟后，阳极氧化处理完毕，立刻用大量蒸馏水冲洗，吹干，得到纳米结构体；然后将纳米结构体浸泡于10mmol3-(三氟甲基)苄基硫醇中，浸泡48小时，蒸馏水洗净，干燥，得到第一附着体；将85mmol分子量为600的甲基丙烯酸聚乙二醇甲基醚酯、0.29mmol分子量为500的甲基丙烯酸聚乙二醇酯、10mmol CuCl2加入600ml水和30ml乙醇中，搅拌均匀，加入8mL密度为3×104/ml的成骨细胞，搅拌均匀；加入面积为5×1.5cm2的第一附着体，加入2.6mmol CuCl，通氮气保护下100℃反应30分钟得到第二附着体；反应结束后，取出二附着体，蒸馏水洗净后放入装有5％I型胶原酶5ml的瓶中，消化50秒后取出，蒸馏水洗净后超声30分钟，取出于100℃真空干燥，得到骨融合体。
实施例7
3D打印完成的多孔钛合金骨融合体表面用钛合金粉末按照600目至1200目顺序进行喷砂处理得到喷砂处理体，然后用丙酮、乙醇和蒸馏水依次对喷砂处理体超声处理20分钟，100℃真空干燥，得到医用金属基体10；在阳极氧化电解液中，将医用金属基体10连接到电源阳极，阴极采用铂片电极，将阳极氧化电压按5V/s的速度缓慢递加到最终电压80V，氧化过程中电解液一直电磁搅拌，电解液中含0.29mol的Ca、P离子，15分钟后，阳极氧化处理完毕，立刻用大量蒸馏水冲洗，吹干，得到纳米结构体；然后将纳米结构体浸泡于10mmol3-(三氟甲基)苄基硫醇中，浸泡48小时，蒸馏水洗净，干燥，得到第一附着体；将85mmol分子量为600的甲基丙烯酸聚乙二醇甲基醚酯、0.29mmol分子量为500的甲基丙烯酸聚乙二醇酯、10mmol CuCl2加入600ml水和30ml乙醇中，搅拌均匀，加入8mL密度为3×104/ml的成骨细胞，搅拌均匀；加入面积为5×1.5cm2的第一附着体，加入2.6mmol CuCl，通氮气保护下100℃反应30分钟得到第二附着体；反应结束后，取出二附着体，蒸馏水洗净后放入装有5％I型胶原酶5ml的瓶中，消化50秒后取出，蒸馏水洗净后超声30分钟，取出于100℃真空干燥，得到骨融合体。
对比例1
3D打印完成的多孔钛合金骨融合体表面用钛合金粉末按照600目至1200目顺序进行喷砂处理得到喷砂处理体，然后用丙酮、乙醇和蒸馏水依次对喷砂处理体超声处理20分钟，100℃真空干燥，得到医用金属基体10；在阳极氧化电解液中，将医用金属基体10连接到电源阳极，阴极采用铂片电极，将阳极氧化电压按5V/s的速度缓慢递加到最终电压70V，氧化过程中电解液一直电磁搅拌，25分钟后，阳极氧化处理完毕，立刻用大量蒸馏水冲洗，吹干，得到纳米结构体；然后将纳米结构体浸泡于10mmol 3-(三氟甲基)苄基硫醇中，浸泡48小时，蒸馏水洗净，干燥，得到第一附着体；将85mmol分子量为600的甲基丙烯酸聚乙二醇甲基醚酯、0.29mmol分子量为500的甲基丙烯酸聚乙二醇酯、10mmol CuCl2加入600ml水和30ml乙醇中，搅拌均匀，加入8mL密度为3×104/ml的成骨细胞，搅拌均匀；加入面积为5×1.5cm2的第一附着体，加入2.6mmol CuCl，通氮气保护下100℃反应30分钟得到第二附着体；反应结束后，取出二附着体，蒸馏水洗净后放入装有5％I型胶原酶5ml的瓶中，消化50秒后取出，蒸馏水洗净后超声30分钟，取出于100℃真空干燥，得到骨融合体。
抗细菌粘附性能实验
实验过程：每个试样表面接种1ml浓度为105的菌液在37℃培养1d后，试样用PBS轻轻漂洗3次以去除未粘附的细菌，然后试样上粘附的细菌用超声振荡(40W)5min洗脱到1ml蒸馏水中，洗脱液用来检测试样表面粘附细菌中的活菌数；用倍比稀释和涂布培养法检测活菌数。测试结果见表1。
表1
ATCC 6538 ATCC 25922 ATCC 10231 ATCC 9372
实施例1 100％ 99.99％ 99.99％ 99.98％
实施例2 100％ 99.99％ 99.98％ 99.98％
实施例3 100％ 99.99％ 99.98％ 99.97％
实施例4 100％ 99.99％ 99.98％ 99.98％
实施例5 100％ 99.99％ 99.98％ 99.98％
实施例6 100％ 99.99％ 99.98％ 99.98％
实施例7 100％ 99.98％ 99.98％ 99.98％
对比例1 100％ 99.99％ 99.98％ 99.97％
细胞活性检测
实验过程：试样置于24孔板中(每组设三个平行孔)；1ml密度为2×104/ml的细胞悬液接种于试样表面，然后培养1、4和7d；到预定时间点后，试样用pH＝7.4的磷酸盐缓冲液轻柔漂洗三次后转移到新的24孔板内；每孔加入200μl浓度为5mg/ml的3-(4，5-二甲基噻唑-2)-2，5-二苯基四氮唑溴盐和800μl无血清无酚红DMEM培养基；37℃孵育4h后吸弃上清，加入1ml二甲基亚砜溶解生成的结晶物，每孔取200μl溶解液转到96孔培养板，用分光光度计于490nm处测其OD值，检测结果见表2。
表2
由表2可知，各实施例骨融合体的OD值和对比例1的骨融合体OD值都随天数的增长而增加，但很明显实施例骨融合体的OD值增加的幅度更大，说明本产品具有更强的细胞增殖活性。
细胞毒性分析
实验过程：以乳酸脱氢酶(LDH)的活性作为细胞毒性指标来评估本发明产物的细胞毒性大小；试样置于24孔板中，将1×104个细胞的成骨细胞接种到24孔板中，并培育1天；收集培养液，离心后取上清用于LDH活性检测。测试结果见表3。
表3
LDH活性
实施例1 203
实施例2 204
实施例3 204
实施例4 204
实施例5 205
实施例6 204
实施例7 205
对比例1 210
如表2所示，各实施例骨融合体的LDH活性对比例1的骨融合体的LDH活性低，说明本申请的骨融合体对细胞没有毒性。
从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：
本申请的骨融合体的医用金属基体的表面为纳米管结构，因此能够使3-(三氟甲基)苄基硫醇附着层和乙二醇类化合物附着层在其纳米管结构的表面附着更牢固，提高对细菌粘附的抵抗能力；同时，HA纳米粒子附着在纳米管结构的端面以及靠近所述端面的内壁上，即主要分布在纳米管结构的管口附近，能够尽可能地避开3-(三氟甲基)苄基硫醇附着层和乙二醇类化合物附着层的覆盖，进而使得部分HA粒子能够裸露在乙二醇类化合物附着层的与成骨细胞空间构型相匹配的空穴中，那么裸露的HA粒子便可发挥其促进成骨细胞的固定和生长的作用，进而增强骨融合体的生物固定作用。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种骨融合体，其特征在于，包括：
表面为纳米管结构(11)的医用金属基体(10)；
HA纳米粒子(20)，附着在所述纳米管结构(11)的端面以及靠近所述端面的内壁上；
3-(三氟甲基)苄基硫醇附着层(30)，与所述金属基体通过化学键相连并附着在所述纳米管结构(11)的表面上；以及
乙二醇类化合物附着层(40)，附着在所述3-(三氟甲基)苄基硫醇附着层(30)上，且与所述3-(三氟甲基)苄基硫醇附着层(30)通过化学键相连，且所述乙二醇类化合物附着层(40)具有与成骨细胞空间构型相匹配的空穴(41)，至少部分所述HA纳米粒子(20)裸露在所述空穴(41)中。
2.根据权利要求1所述的骨融合体，其特征在于，所述纳米管结构(11)的管径为90～100nm。
3.根据权利要求1所述的骨融合体，其特征在于，所述医用金属基体(10)为钛金属、钛合金、钴合金、不锈钢、钽金属或镁合金。
4.根据权利要求1所述的骨融合体，其特征在于，所述乙二醇类化合物附着层(40)由甲基丙烯酸聚乙二醇甲基醚酯和甲基丙烯酸聚乙二醇酯在CuCl2和乙醇环境下在所述3-(三氟甲基)苄基硫醇附着层(30)的表面上发生交联反应得到，优选所述甲基丙烯酸聚乙二醇甲基醚酯的分子量为500～700，所述甲基丙烯酸聚乙二醇酯的分子量为400～600。
5.根据权利要求4所述的骨融合体，其特征在于，所述医用金属基体(10)为3D打印医用金属基体。
6.根据权利要求4所述的骨融合体，其特征在于，所述空穴(41)采用分子印迹方法设置成骨细胞后去除成骨细胞得到。
7.根据权利要求1所述的骨融合体，其特征在于，所述骨融合体为椎间融合器。
8.一种骨融合体的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
采用电解液对医用金属基体进行电解处理，其中医用金属为阳极，且所述电解液中具有Ca2+和P5+，在所述医用金属基体表面形成纳米管结构且在所述纳米管结构的的端面以及靠近所述端面的内壁上沉积HA纳米粒子，得到纳米结构体；
将所述纳米结构体浸渍于3-(三氟甲基)苄基硫醇中，20～50h后，在所述医用金属基体的纳米管结构表面上形成通过化学键相连的3-(三氟甲基)苄基硫醇附着层，得到第一附着体；
配制甲基丙烯酸聚乙二醇甲基醚酯、甲基丙烯酸聚乙二醇酯、CuCl、水、乙醇和成骨细胞形成的混合溶液；
在惰性气体或氮气保护下，将所述第一附着体浸渍在所述混合溶液中，并在浸渍过程中加入CuCl且控制温度为90～110℃，在所述3-(三氟甲基)苄基硫醇附着层的表面上形成通过化学键相连的乙二醇类化合物附着层，得到第二附着体；以及
利用胶原酶去除所述成骨细胞，得到分散在所述乙二醇类化合物附着层中的空穴，其中至少部分所述HA纳米粒子裸露在所述空穴中。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法还包括对所述医用金属基体进行预处理的步骤，所述预处理的步骤包括：
3D打印医用金属基体表面利用相应的金属粉末按照600目至1200目顺序进行喷砂处理，得到喷砂处理体；
利用丙酮、乙醇和蒸馏水依次对所述喷砂处理体进行超声处理15～30min，然后再90～110℃下真空干燥，得到所述医用金属基体。
10.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，得到所述纳米结构体的步骤包括：
在阳极氧化电解液中，将所述医用金属基体作为阳极，采用铂片作为阴极，将阳极氧化电压按2～8V/s的速度递加到60～80V，氧化过程中电解液一直电磁搅拌，所述阳极氧化电解液中的Ca2+和P5+的浓度各自独立地为0.25～0.35mol/L；
至少10分钟后，阳极氧化处理完毕，用蒸馏水冲洗，吹干，得到所述纳米结构体。
11.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，得到所述第二附着体的步骤将80～90mmol分子量为500～700的甲基丙烯酸聚乙二醇甲基醚酯、0.25～35mmol分子量为400～600的甲基丙烯酸聚乙二醇酯、5～15mmol CuCl2加入600ml水和30ml乙醇中，搅拌均匀形成初混液；
向所述初混液中加入5～10mL密度为3×104/ml的成骨细胞，搅拌均匀，形成混合液；
向所述混合液中加入面积为5×1.5cm2的所述第一附着体、2.6mmol CuCl形成反应体系，在氮气保护下使所述反应体系在90～110℃反应20～40min得到所述第二附着体。
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