CN110624131A - 可降解椎间融合器表面生物活性涂层的制备方法及其产品 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种可降解椎间融合器表面生物活性涂层的制备方法及其产品，通过化学键共价接枝丝素蛋白和羟基磷灰石有机无机复合涂层材料用于可降解椎间融合器表面，包括羟基磷灰石的表面改性、椎间融合器的制备、丝素蛋白/羟基磷灰石复合涂层的制备和椎间融合器表面生物活性涂层的制备。该丝素蛋白/羟基磷灰石生物活性涂层具有生物相容性好、涂层与基体键合力强、涂层稳定等特点。本发明采用原位合成的方法于丝素蛋白溶液中合成羟基磷灰石，得到的羟基磷灰石颗粒尺寸小，分布均匀，涂层的力学性能和稳定性得到提高。

Description

可降解椎间融合器表面生物活性涂层的制备方法及其产品
技术领域
本发明涉及一种可降解椎间融合器表面生物活性涂层的制备方法及其产品，具体涉及一种通过化学键共价接枝丝素蛋白和羟基磷灰石有机无机复合涂层材料于可降解椎间融合器表面的制备技术。本发明属于纳米生物医药涂层材料领域。
背景技术
针对人工植入类生物可降解医用支架材料，涂层方法主要有两种，物理法和化学法。物理方法最为简单有效，但是通过该方法得到的涂层两者之间结合作用力弱，是由范德华力维持涂层与基体之间的相互作用，容易发生相分离，造成涂层在细胞的培养、消化过程中脱落，影响植入材料的生物活性，从而达不到长期影响效果。化学法是将生物惰性的材料表面引入可与生物大分子反应的活性官能团，接枝生物大分子的过程主要分三步进行：首先在材料表面引入反应性官能团如羧基、羟基或氨基等；其次，将引入的反应性官能团活化；最后，将活化后的反应性官能团与生物大分子反应。目前，对聚合物类的化学改性研究最多的是表面接枝反应。根据第一步引入可反应性官能团的方式，通常有紫外辐射引发（ZWMa, CY Gao, YH Gong, JC Shen. Biomaterials, 2005, 26, 1253）；等离子体引发（HLi, Y Xia, J Wu, QY He, XZ Zhou, G Lu, L Shang, F Boey, SS Venkatraman, HZhang. ACS Applied Materials & Interfaces, 2012, 4, 687）；碱水解（FJ Xu, XCYang, CY Li, WT Yang. Macromolecules, 2011, 44, 2371）等。
自然骨组织主要包括以胶原为主的有机相和以羟基磷灰石（HA）为主要成分的无机相。而纳米HA与天然骨的无机成分非常相似，具有优良的生物活性和骨传导性，因而被认为是骨组织工程的理想材料。但纯无机HA作为生物材料使用时其力学性能较差，不能用于承重骨处的应力支撑，同时HA仅具有骨传导性，当其植入骨缺损部位后不利于促进新骨长入的深度和数量，因此，单纯的HA材料难以修复病理状态或大体积的骨缺损，即骨诱导性比较差。
丝素蛋白（SF）是一种源于蚕丝的天然高分子蛋白质，其含量占蚕丝的70%～80%，含有18种氨基酸，其中的11种为人体必需氨基酸；另一方面，丝素蛋白对人体无毒害作用，安全可靠，具有良好的生物相容性，适于开发成功能性材料。因此，随着对其独特氨基酸组成及结晶结构等理化特性研究的深入，国内外对丝素的应用正从传统的纺织领域积极向多领域探索，丝素蛋白在生物医学材料领域的应用也日趋广泛和深入。
将HA和丝素蛋白进行复合，即合成复合涂层，可以提高生物相容性、机械性质以及骨诱导性。因此，对可降解椎间融合器表面进行复合涂层处理，从而改善融合器的亲和性。利用各种成分复合，构建具有优良性能的生物医用材料，将与自然骨组织非常相似的羟基磷灰石和丝素蛋白同时引入材料表面，使其兼备原材料和涂层材料的优势。
但是，可降解椎间融合器与天然高分子和无机材料间具有弱的相互作用力，如何将天然大分子与无机颗粒牢固涂覆于可降解椎间融合器表面是现代研究急需解决的课题。针对现有可降解椎间融合器生物活性低，涂层与基体间键合力不足，涂层不稳定等缺点，在可降解椎间融合器表面涂覆高稳定性的丝素蛋白/羟基磷灰石（SF/HA）涂层具有较高的研究意义和应用价值。
发明内容
本发明目的在于提供一种可降解椎间融合器表面生物活性涂层的制备方法，通过化学键共价接枝丝素蛋白和羟基磷灰石有机无机复合涂层材料用于可降解椎间融合器表面的制备技术。
本发明的再一目的在于：提供一种上述方法制备的可降解椎间融合器表面生物活性涂层产品。
本发明目的通过下述方案实现：一种可降解椎间融合器表面生物活性涂层的制备方法，通过化学键共价接枝丝素蛋白和羟基磷灰石有机无机复合涂层材料用于可降解椎间融合器表面，包括如下步骤：
（1）羟基磷灰石的表面改性
将5 g羟基磷灰石超声分散于50 mL乙醇溶剂中，加入1 g γ-氨丙基三乙氧基硅烷，调节pH为9~10，80℃反应10 h，离心分离，去离子水清洗3遍，产物于120℃下真空干燥24 h，将上述干燥粉末分散于100 mL的DMF中，分散均匀后加入1-10 g丙交酯和0.001-0.01 g辛酸亚锡催化剂，130℃氮气保护下搅拌回流反应12-48 h，沉淀用过量二氯甲烷溶液洗涤5遍，于45℃下真空干燥48 h，产物记为PLLA-g-HA；
（2）椎间融合器的制备
将可降解椎间融合器的聚酯材料和PLLA-g-HA纳米颗粒按比例使用转矩流变仪进行熔融混合，其中，无机材料PLLA-g-HA纳米颗粒占比为5-15 wt%，先将聚酯材料高分子母粒与无机HA纳米颗粒粉末进行预混合，转矩流变仪的共混仓加热至130-150℃，之后缓慢加入混合材料，转速设定为70 rpm，材料全部加入后，充分混合20 min，产物趁热切割成小颗粒，得到白色聚酯/羟基磷灰石复合材料，可降解椎间融合器的生物3D打印主要是通过熔融沉积成型技术得以实现，即利用高温将材料熔融成可流动的液态，通过打印头挤出后遇冷固化，最后在立体空间内逐层排列形成三维立体实物，将椎间融合器建模导入3D打印机软件，设置打印参数，包括设置层高、打印间距、出丝速率，根据样品熔融后的流动性设置打印速率在2 mm-10 mm/s；
（3）丝素蛋白/羟基磷灰石复合涂层的制备
将1g的丝素蛋白加入到去离子水中，而后50-60℃加热搅拌至形成1-10 wt%的丝素蛋白溶液，等丝素蛋白全部溶解后，将25 mL的0.2 M的钙盐溶液加入丝素蛋白溶液中，再用滴液漏斗缓慢滴加0.12 M的磷酸盐溶液，滴加完毕后继续在50-60℃反应下搅拌1-5 h，陈化1-12 h，得到丝素蛋白/羟基磷灰石（SF/HA）混合溶液；
（4）椎间融合器表面生物活性涂层的制备
将3D打印的椎间融合器浸泡在60 mL乙醇与去离子水的混合溶液中超声清洗2 h，然后用大量去离子水冲洗，将清洗过的椎间融合器浸泡在异丙醇/1,6-己二胺（60 mL/7.2 g）中，35-45℃下反应2-15 min，流动去离子水清洗12 h，真空干燥24 h，得到表面氨基化的椎间融合器，然后将其浸泡在60 mL，0.5-3 wt%浓度的交联剂溶液中，室温下反应3 h，流动去离子水清洗12 h，真空干燥24 h，配置5 mg/mL的丝素蛋白/羟基磷灰石混合溶液，将处理过的椎间融合器浸泡在4℃丝素蛋白/羟基磷灰石混合溶液中24 h，在去离子水中浸泡12 h，真空干燥48 h，得到丝素蛋白/羟基磷灰石涂层的椎间融合器。
在上述步骤（2）中，所述的可降解椎间融合器的聚酯基材料为聚乳酸-羟基乙酸（PLGA）、聚乳酸-三亚甲基碳酸酯-乙交酯（PLTG）。
步骤（3）中，所述的钙盐为硝酸钙、氯化钙中的一种。
步骤（3）中，所述的磷酸盐为磷酸二氢钠、磷酸二氢钾、磷酸二氢铵中的一种。
步骤（4）中，所述的交联剂为戊二醛、京尼平、二缩水甘油基乙醚、乙酸酐、辛二亚氨酸甲酯中的一种。
本发明提供一种可降解椎间融合器表面生物活性涂层，根据上述任一所述方法制备得到。
本发明的优点在于：
本发明采用原位合成的方法于丝素蛋白溶液中合成合成羟基磷灰石（HA），此方法有利于减小HA颗粒尺寸，提高HA的纯度，有利于HA在丝素蛋白上的均匀沉积，并且防止HA脱落，得到的羟基磷灰石颗粒尺寸小，分布均匀，涂层的力学性能和稳定性得到提高；其次，可降解椎间融合器表面采用化学接枝的方法涂覆丝素蛋白/羟基磷灰石复合涂层，该方法可增加涂层与融合器表面的结合力，增加涂层在融合器表面的黏附力，有生物相容性好、涂层与基体键合力强、涂层稳定等特点。本发明方法是一种可应用于生物可降解椎间融合器表面涂层的有效方法；本发明采用的制备方法简单易行，可操作性强，成本低，能为进一步的生产提供便利。
附图说明
图1为实施例1所制备的3D打印PLTG/PLLA-g-HA椎间融合器；
图2为实施例1所制备的化学接枝丝素蛋白/羟基磷灰石复合材料的XPS图；
图3为实施例1所制备的化学接枝丝素蛋白/羟基磷灰石复合材料涂层横截面的SEM图；
图4为实施例2所制备的物理吸附丝素蛋白/羟基磷灰石复合材料涂层横截面的SEM图；
图5为实施例3所制备的化学接枝丝素蛋白涂层表面的SEM图；
图6为实施例4所制备的3D打印PLGA/PLLA-g-HA椎间融合器。
具体实施方式
以下通过具体的实施例对本发明的技术方案作进一步描述。以下的实施例是对本发明的进一步说明，而不限制本发明的范围。
实施例1
一种可降解椎间融合器表面生物活性涂层的制备方法，其特征在于，通过化学键共价接枝丝素蛋白和羟基磷灰石有机无机复合涂层材料用于可降解椎间融合器表面，包括如下步骤：
（1）羟基磷灰石的表面改性
将5 g羟基磷灰石超声分散于50 mL乙醇溶剂中，加入1 g γ-氨丙基三乙氧基硅烷，调节pH为9~10，80℃反应10 h，离心分离，去离子水清洗3遍，产物于120℃下真空干燥24 h，将上述干燥粉末分散于100 mL的DMF中，分散均匀后加入5 g丙交酯和0.01 g辛酸亚锡催化剂，130℃氮气保护下搅拌回流反应24 h，沉淀用过量二氯甲烷溶液洗涤5遍，于45℃下真空干燥48 h，得无机HA纳米颗粒，产物记为PLLA-g-HA；
（2）椎间融合器的制备
将可降解椎间融合器的聚酯材料PLTG三元共聚物和PLLA-g-HA纳米颗粒按比例使用转矩流变仪进行熔融混合，PLLA-g-HA无机材料占比10%，先将PLTG三元共聚物高分子母粒与该HA纳米颗粒粉末进行预混合，转矩流变仪的共混仓加热至130-150℃，之后缓慢加入混合材料，转速设定为70 rpm，材料全部加入后，充分混合20 min，产物趁热切割成小颗粒，得到白色PLTG/PLLA-g-HA复合材料；可降解椎间融合器的生物3D打印，通过熔融沉积成型技术得以实现，利用高温将材料熔融成可流动的液态，通过打印头挤出后遇冷固化，最后在立体空间内逐层排列形成三维立体实物，将椎间融合器建模导入3D打印机软件，设置打印参数，包括设置层高、打印间距、出丝速率，根据样品熔融后的流动性设置打印速率在2 mm-10mm/s；
（3）丝素蛋白/羟基磷灰石复合涂层的制备
将1g的丝素蛋白加入到去离子水中，而后60℃加热搅拌至形成5wt%的丝素蛋白溶液，等丝素蛋白全部溶解后，将25 mL的0.2 M的CaCl2溶液加入丝素蛋白溶液中，再用滴液漏斗缓慢滴加0.12 M的NaH2PO4溶液，滴加完毕后继续在60℃反应下搅拌5 h，陈化4 h，得到丝素蛋白/羟基磷灰石（SF/HA）混合溶液；
（4）椎间融合器表面生物活性涂层的制备
将3D打印的椎间融合器浸泡在60 mL乙醇与去离子水的混合溶液中超声清洗2 h，然后用大量去离子水冲洗，将清洗过的椎间融合器浸泡在异丙醇/1,6-己二胺（60 mL/7.2 g）中，38℃下反应10 min，流动去离子水清洗12 h，真空干燥24 h，得到表面氨基化的椎间融合器，然后将其浸泡在60 mL，1 wt%浓度的交联剂戊二醛溶液中，室温下反应3 h，流动去离子水清洗12 h，真空干燥24 h，配置5 mg/mL的丝素蛋白/羟基磷灰石混合溶液，将处理过的椎间融合器浸泡在4℃丝素蛋白/羟基磷灰石混合溶液中24 h，在去离子水中浸泡12 h，真空干燥48 h，得到丝素蛋白/羟基磷灰石涂层的椎间融合器。
如图1本实施例1所制备的3D打印PLTG/PLLA-g-HA椎间融合器和图2本实施例1所制备的化学接枝丝素蛋白/羟基磷灰石复合材料的XPS图。由图可得，当椎间融合器表面涂覆丝素蛋白/羟基磷灰石复合材料后，出现了羟基磷灰石中钙、磷元素的特征峰，表明涂层表面为羟基磷灰石。
图3为本实施例1所制备的化学接枝丝素蛋白/羟基磷灰石复合材料涂层横截面的SEM图。由图可以看出，涂层的厚度在20 μm左右，且涂层与基体结合紧密，该方法得到的涂层稳定性好。
实施例2
一种可降解椎间融合器表面生物活性涂层，与实施例1近似，但步骤（4）省去了表面氨基化的椎间融合器制备过程，按如下步骤制备：
（1）羟基磷灰石的表面改性
将5 g羟基磷灰石超声分散于50 mL乙醇溶剂中，加入1 g γ-氨丙基三乙氧基硅烷，调节pH为9~10，80℃反应10 h，离心分离，去离子水清洗3遍，产物于120℃下真空干燥24 h，将上述干燥粉末分散于100 mL的DMF中，分散均匀后加入5g丙交酯和0.01 g辛酸亚锡催化剂，130℃氮气保护下搅拌回流反应24 h，沉淀用过量二氯甲烷溶液洗涤5遍，于45℃下真空干燥48 h，得表面改性的HA无机材料，该HA纳米颗粒产物记为PLLA-g-HA；
（2）椎间融合器的制备
将可降解椎间融合器的聚酯材料PLTG三元共聚物和PLLA-g-HA纳米颗粒按比例使用转矩流变仪进行熔融混合，无机HA纳米颗粒占比10%，先将PLTG三元共聚物高分子母粒与无机HA纳米颗粒粉末进行预混合，转矩流变仪的共混仓加热至130-150℃，之后缓慢加入混合材料，转速设定为70 rpm，材料全部加入后，充分混合20 min，产物趁热切割成小颗粒，得到白色PLTG/PLLA-g-HA复合材料；可降解椎间融合器的生物3D打印主要是通过熔融沉积成型技术得以实现，即利用高温将材料熔融成可流动的液态，通过打印头挤出后遇冷固化，最后在立体空间内逐层排列形成三维立体实物，将椎间融合器建模导入3D打印机软件，设置打印参数，包括设置层高、打印间距、出丝速率等，根据样品熔融后的流动性设置打印速率在2mm-10 mm/s；
（3）丝素蛋白/羟基磷灰石复合涂层的制备
将1g的丝素蛋白加入到去离子水中，而后60℃加热搅拌至形成5wt%的丝素蛋白溶液，等丝素蛋白全部溶解后，将25 mL的0.2 M的CaCl2溶液加入丝素蛋白溶液中，再用滴液漏斗缓慢滴加0.12 M的NaH2PO4溶液，滴加完毕后继续在60℃反应下搅拌5 h，陈化4h，得到丝素蛋白/羟基磷灰石（SF/HA）混合溶液；
（4）椎间融合器表面生物活性涂层的制备
将3D打印的椎间融合器浸泡在60 mL乙醇与去离子水的混合溶液中超声清洗2 h，然后用大量去离子水冲洗，配置5 mg/mL的丝素蛋白/羟基磷灰石混合溶液，将处理过的椎间融合器浸泡在4℃丝素蛋白/羟基磷灰石混合溶液中24 h，在去离子水中浸泡12 h，真空干燥48 h，得到丝素蛋白/羟基磷灰石涂层的椎间融合器。
图4为本实施例2所制备的物理吸附丝素蛋白/羟基磷灰石复合材料涂层横截面的SEM图。由图可以看出，涂层的厚度在20 μm左右，涂层与基体间有很大缝隙。
实施例3
一种可降解椎间融合器表面生物活性涂层，与实施例1近似，但省去步骤（3）丝素蛋白/羟基磷灰石复合涂层的制备过程，按如下步骤：
（1）羟基磷灰石的表面改性
将5 g羟基磷灰石超声分散于50 mL乙醇溶剂中，加入1 g γ-氨丙基三乙氧基硅烷，调节pH为9~10，80℃反应10 h，离心分离，去离子水清洗3遍，产物于120℃下真空干燥24 h，将上述干燥粉末分散于100 mL的DMF中，分散均匀后加入5g丙交酯和0.01 g辛酸亚锡催化剂，130℃氮气保护下搅拌回流反应24h，沉淀用过量二氯甲烷溶液洗涤5遍，于45℃下真空干燥48 h，产物记为PLLA-g-HA；
沉淀用过量二氯甲烷溶液洗涤5遍，于45 °C下真空干燥48 h，该表面改性的无机HA纳米颗粒产物记为PLLA-g-HA。
（2）椎间融合器的制备
将可降解椎间融合器的聚酯材料PLTG三元共聚物和PLLA-g-HA纳米颗粒按比例使用转矩流变仪进行熔融混合，该无机HA纳米颗粒占比10%，先将PLTG三元共聚物高分子母粒与该无机HA纳米颗粒粉末进行预混合得混合材料，转矩流变仪的共混仓加热至130-150℃，之后缓慢加入混合材料，转速设定为70 rpm，材料全部加入后，充分混合20 min，产物趁热切割成小颗粒，得到白色PLTG/PLLA-g-HA复合材料；可降解椎间融合器的生物3D打印主要是通过熔融沉积成型技术得以实现，即利用高温将材料熔融成可流动的液态，通过打印头挤出后遇冷固化，最后在立体空间内逐层排列形成三维立体实物，将椎间融合器建模导入3D打印机软件，设置打印参数，包括设置层高、打印间距、出丝速率，根据样品熔融后的流动性设置打印速率在2 mm-10 mm/s；
（3）椎间融合器表面生物活性涂层的制备
将3D打印的椎间融合器浸泡在60 mL乙醇与去离子水的混合溶液中超声清洗2 h，然后用大量去离子水冲洗，将清洗过的椎间融合器浸泡在异丙醇/1,6-己二胺（60 mL/7.2 g）中，38℃下反应10min，流动去离子水清洗12 h，真空干燥24 h，得到表面氨基化的椎间融合器，然后将其浸泡在60 mL，1 wt%浓度的交联剂戊二醛溶液中，室温下反应3 h，流动去离子水清洗12 h，真空干燥24 h，配置5 mg/mL的丝素蛋白溶液，将处理过的椎间融合器浸泡在4℃丝素蛋白溶液中24 h，在去离子水中浸泡12 h，真空干燥48 h，得到丝素蛋白涂层的椎间融合器。
图5为实施例3所制备的化学接枝丝素蛋白涂层表面的SEM图。由图可以看出，丝素蛋白涂层均匀平铺在椎间融合器表面。
实施例4
一种可降解椎间融合器表面生物活性涂层，与实施例1近似，按如下步骤：
（1）羟基磷灰石的表面改性
将5 g羟基磷灰石超声分散于50 mL乙醇溶剂中，加入1 g γ-氨丙基三乙氧基硅烷，调节pH为9~10，80℃反应10 h，离心分离，去离子水清洗3遍，产物于120℃下真空干燥24 h，将上述干燥粉末分散于100 mL的DMF中，分散均匀后加入5g丙交酯和0.01 g辛酸亚锡催化剂，130℃氮气保护下搅拌回流反应12-48 h，沉淀用过量二氯甲烷溶液洗涤5遍，于45℃下真空干燥48 h，得到的表面改性的无机HA纳米颗粒产物记为PLLA-g-HA；
（2）椎间融合器的制备
将可降解椎间融合器的聚酯材料PLGA二元共聚物和PLLA-g-HA纳米颗粒按比例使用转矩流变仪进行熔融混合，无机HA纳米颗粒占比10%，先将PLTG三元共聚物高分子母粒与无机HA纳米颗粒粉末进行预混合得混合材料，转矩流变仪的共混仓加热至130-150℃，之后缓慢加入混合材料，转速设定为70 rpm，材料全部加入后，充分混合20 min，产物趁热切割成小颗粒，得到白色PLGA/PLLA-g-HA复合材料；可降解椎间融合器的生物3D打印主要是通过熔融沉积成型技术得以实现，即利用高温将材料熔融成可流动的液态，通过打印头挤出后遇冷固化，最后在立体空间内逐层排列形成三维立体实物，将椎间融合器建模导入3D打印机软件，设置打印参数，包括设置层高、打印间距、出丝速率，根据样品熔融后的流动性设置打印速率在2 mm-10 mm/s；
（3）丝素蛋白/羟基磷灰石复合涂层的制备
将1g的丝素蛋白加入到去离子水中，而后60℃加热搅拌至形成5 wt%的丝素蛋白溶液，等丝素蛋白全部溶解后，将25 mL的0.2 M的CaCl2溶液加入丝素蛋白溶液中，再用滴液漏斗缓慢滴加0.12 M的NaH2PO4溶液，滴加完毕后继续在60℃反应下搅拌5 h，陈化4h，得到丝素蛋白/羟基磷灰石（SF/HA）混合溶液；
（4）椎间融合器表面生物活性涂层的制备
将3D打印的椎间融合器浸泡在60 mL乙醇与去离子水的混合溶液中超声清洗2 h，然后用大量去离子水冲洗，将清洗过的椎间融合器浸泡在异丙醇/1,6-己二胺（60 mL/7.2 g）中，38℃下反应10min，流动去离子水清洗12 h，真空干燥24 h，得到表面氨基化的椎间融合器，然后将其浸泡在60 mL，1 wt%浓度的交联剂戊二醛溶液中，室温下反应3 h，流动去离子水清洗12 h，真空干燥24 h，配置5 mg/mL的丝素蛋白/羟基磷灰石混合溶液，将处理过的椎间融合器浸泡在4℃丝素蛋白/羟基磷灰石混合溶液中24 h，在去离子水中浸泡12 h，真空干燥48 h，得到丝素蛋白/羟基磷灰石涂层的椎间融合器。
图6为本实施例4所制备的3D打印PLGA/PLLA-g-HA椎间融合器。

Claims (6)

1.一种可降解椎间融合器表面生物活性涂层的制备方法，其特征在于，通过化学键共价接枝丝素蛋白和羟基磷灰石有机无机复合涂层材料用于可降解椎间融合器表面，包括如下步骤：
（1）羟基磷灰石的表面改性
将5 g羟基磷灰石超声分散于50 mL乙醇溶剂中，加入1 g γ-氨丙基三乙氧基硅烷，调节pH为9~10，80℃反应10 h，离心分离，去离子水清洗3遍，产物于120℃下真空干燥24 h，将上述干燥粉末分散于100 mL的DMF中，分散均匀后加入1-10 g丙交酯和0.001-0.01 g辛酸亚锡催化剂，130℃氮气保护下搅拌回流反应12-48 h，沉淀用过量二氯甲烷溶液洗涤5遍，于45℃下真空干燥48 h，产物记为PLLA-g-HA；
（2）椎间融合器的制备
将可降解椎间融合器的聚酯材料和PLLA-g-HA纳米颗粒按比例使用转矩流变仪进行熔融混合，其中，无机材料PLLA-g-HA纳米颗粒占比为5-15 wt%，先将聚酯材料高分子母粒与无机HA（生物陶瓷）纳米颗粒粉末进行预混合，转矩流变仪的共混仓加热至130-150℃，之后缓慢加入混合材料，转速设定为70 rpm，材料全部加入后，充分混合20 min，产物趁热切割成小颗粒，得到白色聚酯/羟基磷灰石复合材料；可降解椎间融合器的生物3D打印，利用高温将材料熔融成可流动的液态，通过打印头挤出后遇冷固化，最后在立体空间内逐层排列形成三维立体实物，将椎间融合器建模导入3D打印机软件，设置打印参数，包括设置层高、打印间距、出丝速率，根据样品熔融后的流动性设置打印速率在2 mm-10 mm/s；
（3）丝素蛋白/羟基磷灰石复合涂层的制备
将1g的丝素蛋白加入到去离子水中，而后50-60℃加热搅拌至形成1-10 wt%的丝素蛋白溶液，等丝素蛋白全部溶解后，将25 mL的0.2 M的钙盐溶液加入丝素蛋白溶液中，再用滴液漏斗缓慢滴加0.12 M的磷酸盐溶液，滴加完毕后继续在50-60℃反应下搅拌1-5 h，陈化1-12 h，得到丝素蛋白/羟基磷灰石（SF/HA）混合溶液；
（4）椎间融合器表面生物活性涂层的制备
将3D打印的椎间融合器浸泡在60 mL乙醇与去离子水的混合溶液中超声清洗2 h，然后用大量去离子水冲洗，将清洗过的椎间融合器浸泡在异丙醇/1,6-己二胺（60 mL/7.2 g）中，35-45℃下反应2-15 min，流动去离子水清洗12 h，真空干燥24 h，得到表面氨基化的椎间融合器，然后将其浸泡在60 mL，0.5-3 wt%浓度的交联剂溶液中，室温下反应3 h，流动去离子水清洗12 h，真空干燥24 h，配置5 mg/mL的丝素蛋白/羟基磷灰石混合溶液，将处理过的椎间融合器浸泡在4℃丝素蛋白/羟基磷灰石混合溶液中24 h，在去离子水中浸泡12 h，真空干燥48 h，得到丝素蛋白/羟基磷灰石涂层的椎间融合器。
2.根据权利要求1所述可降解椎间融合器表面生物活性涂层的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，所述的聚酯材料为聚乳酸-羟基乙酸（PLGA）、聚乳酸-三亚甲基碳酸酯-乙交酯（PLTG）。
3.根据权利要求1或2所述可降解椎间融合器表面生物活性涂层的制备方法，其特征在于，步骤（3）中，所述的钙盐为硝酸钙、氯化钙中的一种。
4.根据权利要求1或3所述可降解椎间融合器表面生物活性涂层的制备方法，其特征在于，所述的步骤（3）中，磷酸盐为磷酸二氢钠、磷酸二氢钾、磷酸二氢铵中的一种。
5.根据权利要求1所述可降解椎间融合器表面生物活性涂层的制备方法，其特征在于，步骤（4）中，所述的交联剂为戊二醛、京尼平、二缩水甘油基乙醚、乙酸酐、辛二亚氨酸甲酯中的一种。
6.一种可降解椎间融合器表面生物活性涂层，其特征在于根据权利要求1-5任一项所述方法制备得到。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112587722A (zh) * 2020-12-30 2021-04-02 上海纳米技术及应用国家工程研究中心有限公司 用于骨植入聚酯材料的生物活性表面涂层的制备方法及产品和应用
CN112604029A (zh) * 2020-12-30 2021-04-06 上海纳米技术及应用国家工程研究中心有限公司 用于牙槽骨修复的“三明治式”可降解支架的制备及产品和应用

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101235204A (zh) * 2008-02-26 2008-08-06 天津工业大学 一种纳米相羟基磷灰石/丝素蛋白复合材料的制备方法
CN103432629A (zh) * 2013-07-22 2013-12-11 苏州三和开泰花线织造有限公司 一种丝素蛋白/羟基磷灰石复合材料的制备方法
CN104927319A (zh) * 2015-06-29 2015-09-23 河南工程学院 一种新型羟基磷灰石接枝聚乳酸的制备方法
CN105126167A (zh) * 2015-07-30 2015-12-09 北京大学 表面具有纳米复合涂层的3d打印多孔金属支架及其制备
CN105419395A (zh) * 2015-11-03 2016-03-23 河南师范大学 一种PDLA-n-HA/PLLA杂化材料的制备方法
CN106963984A (zh) * 2017-03-02 2017-07-21 复旦大学 一种明胶/羟基磷灰石复合涂层的制备方法
WO2017179069A2 (en) * 2016-04-13 2017-10-19 Indian Council Of Medical Research Nano-engineered bioresorbable polymer composite for bone-soft tissue fixation application
CN107823716A (zh) * 2017-10-31 2018-03-23 上海纳米技术及应用国家工程研究中心有限公司 3d打印椎间融合器用复合材料的制备方法及其产品和应用
CN108926740A (zh) * 2018-07-05 2018-12-04 上海纳米技术及应用国家工程研究中心有限公司 八面体型3d打印的plga/羟基磷灰石颈部椎间融合器的制备方法及产品和应用
CN109044571A (zh) * 2018-07-06 2018-12-21 上海纳米技术及应用国家工程研究中心有限公司 半月型3d打印plga/羟基磷灰石腰部椎间融合器的制备方法及产品和应用

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101235204A (zh) * 2008-02-26 2008-08-06 天津工业大学 一种纳米相羟基磷灰石/丝素蛋白复合材料的制备方法
CN103432629A (zh) * 2013-07-22 2013-12-11 苏州三和开泰花线织造有限公司 一种丝素蛋白/羟基磷灰石复合材料的制备方法
CN104927319A (zh) * 2015-06-29 2015-09-23 河南工程学院 一种新型羟基磷灰石接枝聚乳酸的制备方法
CN105126167A (zh) * 2015-07-30 2015-12-09 北京大学 表面具有纳米复合涂层的3d打印多孔金属支架及其制备
CN105419395A (zh) * 2015-11-03 2016-03-23 河南师范大学 一种PDLA-n-HA/PLLA杂化材料的制备方法
WO2017179069A2 (en) * 2016-04-13 2017-10-19 Indian Council Of Medical Research Nano-engineered bioresorbable polymer composite for bone-soft tissue fixation application
CN106963984A (zh) * 2017-03-02 2017-07-21 复旦大学 一种明胶/羟基磷灰石复合涂层的制备方法
CN107823716A (zh) * 2017-10-31 2018-03-23 上海纳米技术及应用国家工程研究中心有限公司 3d打印椎间融合器用复合材料的制备方法及其产品和应用
CN108926740A (zh) * 2018-07-05 2018-12-04 上海纳米技术及应用国家工程研究中心有限公司 八面体型3d打印的plga/羟基磷灰石颈部椎间融合器的制备方法及产品和应用
CN109044571A (zh) * 2018-07-06 2018-12-21 上海纳米技术及应用国家工程研究中心有限公司 半月型3d打印plga/羟基磷灰石腰部椎间融合器的制备方法及产品和应用

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112587722A (zh) * 2020-12-30 2021-04-02 上海纳米技术及应用国家工程研究中心有限公司 用于骨植入聚酯材料的生物活性表面涂层的制备方法及产品和应用
CN112604029A (zh) * 2020-12-30 2021-04-06 上海纳米技术及应用国家工程研究中心有限公司 用于牙槽骨修复的“三明治式”可降解支架的制备及产品和应用

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