CN109453425A - 一种抗感染促进成骨的钛合金植入物及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种抗感染促进成骨的钛合金植入物及其制备方法，该方法包含：步骤1，制备钛合金植入物本体；步骤2，对钛合金植入物本体表面进行碱热处理，并进行多巴胺活化；步骤3，进行HA嫁接，并再次进行多巴胺活化；步骤4，在室温环境下，将经步骤3处理的钛合金植入物本体浸泡在1~4mM硝酸银溶液中0.5~8小时，取出，晾干，再采用紫外光照射0.5~2小时，还原得到纳米Ag粒子层；步骤5，将经步骤4处理的钛合金植入物本体浸泡在1~4 mg/ml的壳聚糖中30s~5min，并进行干燥，完成载HA/Ag/Cs涂层钛合金植入物的制备。相较采用钛合金植入物，本发明制备的载HA/Ag/Cs涂层钛合金植入物具有优异的抗菌性能，并能够促进成骨与骨‑假体界面整合。

Description

一种抗感染促进成骨的钛合金植入物及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种医用植入物，具体涉及一种抗感染促进成骨的钛合金植入物。
背景技术
钛及其合金具有良好的力学性能与生物相容性，是目前应用最为广泛的骨科植入物材料。
但是，钛合金材料植入人体后，相比正常人体组织，其表面缺乏血液供应，有利于细菌生长、粘附，引发感染。感染是骨科植入物术后灾难性的并发症，是植入物失败的主要原因之一。据报道，人工关节置换术后假体周围感染的概率为1-3％，利用髓内钉治疗开放性股骨或胫骨骨折的感染率则高达5％-10％。
因此，亟需制备具有良好抗感染性能的骨科植入物材料。
发明内容
本发明的目的是如何避免钛合金植入物引发的感染。
为了达到上述目的，本发明提供了一种抗感染促进成骨的钛合金植入物的制备方法，该方法包含：
步骤1，制备钛合金植入物本体；
步骤2，对钛合金植入物本体表面进行碱热处理，并进行多巴胺活化；
步骤3，进行HA嫁接，并再次进行多巴胺活化；
步骤4，在室温环境下，将经步骤3处理的钛合金植入物本体浸泡在1～4mM硝酸银溶液中0.5～8小时，取出，晾干，再采用紫外光照射0.5～2小时，还原得到纳米Ag粒子层；
步骤5，将经步骤4处理的钛合金植入物本体浸泡在1～4mg/ml的壳聚糖中30s～5min，并进行干燥，完成载HA/Ag/Cs涂层钛合金植入物的制备。
较佳地，所述的碱热处理是指，加热状态下，采用碱处理钛合金植入物。
较佳地，所述的碱热处理是指，水热釜中采用4M KOH,80℃,90min处理钛合金植入物。
较佳地，所述的多巴胺活化是指，将钛合金植入物置于多巴胺溶液中浸泡。
较佳地，所述的多巴胺活化是指，将钛合金植入物置于2mg/mL多巴胺溶液中浸泡24h。
较佳地，所述的HA嫁接是指，通过在包含HA的溶液中浸泡，在钛合金植入物的表面接枝HA，以使得钛合金植入物上布满HA。
较佳地，所述的HA嫁接是指，将钛合金植入物浸泡1倍模拟体液中接枝HA，并置于37℃恒温箱中，每三天换一次液，浸泡14天。
较佳地，采用3D打印制备钛合金植入物本体
本发明在HA嫁接后，再次进行多巴胺活化，可以利用多巴胺活化进一步减少银离子的释放。由于银离子细胞毒性存在剂量依赖，减少释放可减少细胞毒性，增加生物安全性。
本发明还提供了一种抗感染促进成骨的钛合金植入物，其包含：钛合金植入物本体，及，覆盖在该钛合金植入物本体上的HA/Ag/Cs涂层。
相较采用钛合金植入物，本发明提供的载HA/Ag/Cs涂层钛合金植入物具有优异的抗菌性能，并能够促进成骨与骨-假体界面整合。
附图说明
图1为本发明的抗感染促进成骨的钛合金植入物(载HA/Ag/Cs涂层钛棒)与钛棒分别植入大鼠股骨髓内4周后的对比图(X射线图)。
图2为本发明的抗感染促进成骨的钛合金植入物(载HA/Ag/Cs涂层钛棒)与钛棒分别植入大鼠股骨髓内12周后测得的假体与骨接触率柱状图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。
本发明还提供了一种抗感染促进成骨的钛合金植入物的制备方法，该方法包含：
步骤1，采用钛合金植入物或3D打印钛合金植入物本体；
步骤2，对钛合金植入物本体表面进行碱热处理，并进行多巴胺活化；所述的碱热处理是指在水热釜中用4M KOH,80℃,90min处理钛合金植入物；所述多巴胺活化是指将经碱热处理的钛合金植入物置于2mg/mL多巴胺溶液中浸泡24h；
步骤3，进行HA(hydroxyapatite，羟基磷灰石)嫁接，以在植入物上布满HA，并再次进行多巴胺活化；所述的HA嫁接是指，将植入物浸泡1倍模拟体液中接枝HA，并置于37℃恒温箱中，每三天换一次液，浸泡14天；
步骤4，在室温环境下，将经步骤3处理的钛合金植入物本体浸泡在1mM硝酸银溶液中6小时，取出，晾干，再采用紫外光照射1小时，还原得到纳米Ag粒子；
步骤5，将经步骤4处理的钛合金植入物本体浸泡在2mg/ml的壳聚糖(chitosan，CS)中2小时，并进行干燥，完成载HA/Ag/Cs涂层钛合金植入物的制备。
所述的载HA/Ag/Cs涂层钛合金植入物包含：钛合金植入物本体，及，覆盖在该钛合金植入物本体上的HA/Ag/Cs涂层。
所述的多巴胺能在钛合金表面形成聚多巴胺涂层，聚多巴胺涂层具有粘性，可以将HA等黏附在钛合金表面。
所述的壳聚糖(chitosan，CS)负责提高钛合金表面活性，促进成骨，加速骨-植入物界面整合。
所述的纳米Ag涂层具有良好的抗菌性能，可以预防细菌在材料表面黏附、生长。而且，由于HA与Cs的存在，多巴胺和壳聚糖的双重鳌和作用，可进一步减少银离子释放，增加载HA/Ag/CS涂层钛合金的生物活性与生物安全性，促进成骨与骨-植入物界面整合。
动物模型1：大鼠股骨髓内钉感染预防模型。将金黄色葡萄球菌污染的钛合金髓内钉(钛棒)与载HA/Ag/Cs涂层钛合金髓内钉(载HA/Ag/Cs涂层钛棒)植入大鼠股骨。通过与无涂层钛棒组对照，观察载HA/Ag/Cs涂层钛合金植入物的抗感染性能。实验组与对照组均采用10周龄健康大鼠。
结果显示，载HA/Ag/Cs涂层钛合金植入物较钛合金植入物具有明显的抗感染作用，植入4周后，X线显示钛合金植入物周围具有明显感染征象，而载HA/Ag/Cs涂层钛合金植入物组无明显感染表现，如图1所示。
此外，我们建立了钛合金植入骨整合动物模型。
动物模型2：钛合金植入骨整合动物模型，将钛合金植入物植入大鼠股骨建立非感染模型，通过与无涂层组对照，观察HA/Ag/Cs涂层钛合金植入物的骨整合性能。实验组与对照组，10周龄，健康大鼠。
结果显示，植入12周后，载HA/Ag/Cs涂层钛合金植入物与骨接触率高于钛合金植入物，提示载HA/Ag/Cs涂层钛合金植入物具有更好的促成骨与骨整合性能，如图2所示。
综上所述，相较采用钛合金植入物，本发明制备的载HA/Ag/Cs涂层钛合金植入物具有优异的抗菌性能，并能够促进成骨与骨-假体界面整合。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (9)

1.一种抗感染促进成骨的钛合金植入物的制备方法，其特征在于，该方法包含：
步骤1，制备钛合金植入物本体；
步骤2，对钛合金植入物本体表面进行碱热处理，并进行多巴胺活化；
步骤3，进行HA嫁接，并再次进行多巴胺活化；
步骤4，在室温环境下，将经步骤3处理的钛合金植入物本体浸泡在1～4mM硝酸银溶液中0.5～8小时，取出，晾干，再采用紫外光照射0.5～2小时，还原得到纳米Ag粒子层；
步骤5，将经步骤4处理的钛合金植入物本体浸泡在1～4mg/ml的壳聚糖中30s～5min，并进行干燥，完成载HA/Ag/Cs涂层钛合金植入物的制备。
2.如权利要求1所述的抗感染促进成骨的钛合金植入物的制备方法，其特征在于，所述的碱热处理是指，加热状态下，采用碱处理钛合金植入物。
3.如权利要求2所述的抗感染促进成骨的钛合金植入物的制备方法，其特征在于，所述的碱热处理是指，水热釜中采用4M KOH,80℃,90min处理钛合金植入物。
4.如权利要求1所述的抗感染促进成骨的钛合金植入物的制备方法，其特征在于，所述的多巴胺活化是指，将钛合金植入物置于多巴胺溶液中浸泡。
5.如权利要求4所述的抗感染促进成骨的钛合金植入物的制备方法，其特征在于，所述的多巴胺活化是指，将钛合金植入物置于2mg/mL多巴胺溶液中浸泡24h。
6.如权利要求1所述的抗感染促进成骨的钛合金植入物的制备方法，其特征在于，所述的HA嫁接是指，通过在包含HA的溶液中浸泡，在钛合金植入物的表面接枝HA，以使得钛合金植入物上布满HA。
7.如权利要求1所述的抗感染促进成骨的钛合金植入物的制备方法，其特征在于，所述的HA嫁接是指，将钛合金植入物浸泡1倍模拟体液中接枝HA，并置于37℃恒温箱中，每三天换一次液，浸泡14天。
8.如权利要求1所述的抗感染促进成骨的钛合金植入物的制备方法，其特征在于，采用3D打印制备钛合金植入物本体。
9.一种根据权利要求1-8中任意一项所述的制备方法制得的抗感染促进成骨的钛合金植入物，其特征在于，该植入物包含：钛合金植入物本体，及，覆盖在该钛合金植入物本体上的HA/Ag/Cs涂层。
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