CN111494704B - 制备小肽涂层的镁基合金生物材料的方法及其应用 - Google Patents

制备小肽涂层的镁基合金生物材料的方法及其应用 Download PDF

Info

Publication number
CN111494704B
CN111494704B CN202010291833.3A CN202010291833A CN111494704B CN 111494704 B CN111494704 B CN 111494704B CN 202010291833 A CN202010291833 A CN 202010291833A CN 111494704 B CN111494704 B CN 111494704B
Authority
CN
China
Prior art keywords
magnesium
based alloy
polyurethane
solution
small peptide
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202010291833.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111494704A (zh
Inventor
李贺杰
王天放
刘晓松
倪国颖
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Priority to CN202010291833.3A priority Critical patent/CN111494704B/zh
Publication of CN111494704A publication Critical patent/CN111494704A/zh
Priority to AU2021230640A priority patent/AU2021230640B2/en
Priority to JP2022552864A priority patent/JP2023516708A/ja
Priority to EP21764320.4A priority patent/EP4108800A1/en
Priority to PCT/CN2021/000030 priority patent/WO2021174998A1/zh
Priority to US17/905,456 priority patent/US11938244B2/en
Application granted granted Critical
Publication of CN111494704B publication Critical patent/CN111494704B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L27/00—Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
    • A61L27/02—Inorganic materials
    • A61L27/04—Metals or alloys
    • A61L27/047—Other specific metals or alloys not covered by A61L27/042 - A61L27/045 or A61L27/06
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L27/00—Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
    • A61L27/28—Materials for coating prostheses
    • A61L27/34—Macromolecular materials
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L27/00—Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
    • A61L27/50—Materials characterised by their function or physical properties, e.g. injectable or lubricating compositions, shape-memory materials, surface modified materials
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L27/00—Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
    • A61L27/50—Materials characterised by their function or physical properties, e.g. injectable or lubricating compositions, shape-memory materials, surface modified materials
    • A61L27/54—Biologically active materials, e.g. therapeutic substances
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L2300/00—Biologically active materials used in bandages, wound dressings, absorbent pads or medical devices
    • A61L2300/20—Biologically active materials used in bandages, wound dressings, absorbent pads or medical devices containing or releasing organic materials
    • A61L2300/252—Polypeptides, proteins, e.g. glycoproteins, lipoproteins, cytokines
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L2300/00—Biologically active materials used in bandages, wound dressings, absorbent pads or medical devices
    • A61L2300/40—Biologically active materials used in bandages, wound dressings, absorbent pads or medical devices characterised by a specific therapeutic activity or mode of action
    • A61L2300/404—Biocides, antimicrobial agents, antiseptic agents
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L2400/00—Materials characterised by their function or physical properties
    • A61L2400/18—Modification of implant surfaces in order to improve biocompatibility, cell growth, fixation of biomolecules, e.g. plasma treatment
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L2420/00—Materials or methods for coatings medical devices
    • A61L2420/02—Methods for coating medical devices
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L2430/00—Materials or treatment for tissue regeneration
    • A61L2430/02—Materials or treatment for tissue regeneration for reconstruction of bones; weight-bearing implants

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Transplantation (AREA)
  • Epidemiology (AREA)
  • Oral & Maxillofacial Surgery (AREA)
  • Dermatology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Materials For Medical Uses (AREA)

Abstract

本发明公开了一种制备小肽涂层的镁基合金生物材料的方法及其应用，将镁基合金分别经过超声波清洗去除镁基合金AZ31表面的杂质，利用氯仿将聚氨酯进行溶解，然后将处理过的镁基合金AZ31放入溶解有聚氨酯的氯仿液，使镁基合金AZ31完全包覆在溶液内，取出镁基合金AZ31，静置直至其表面的溶液固化，然后在等离子反应器里利用点击反应使镁基合金AZ31表面包覆的聚氨酯活化，最后将表面活化的聚氨酯包覆镁基合金AZ31放入溶解有多肽的磷酸钠溶液进行震荡，使二者充分反应，以形成相应的多肽涂层。本发明形成稳定的生物包覆涂层，改善了镁合金的抑菌性能及耐腐蚀性能，小肽涂层的镁基合金生物材料具有良好的生物活性和人体兼容性，应用于制备硬组织缺损修复材料。

Description

制备小肽涂层的镁基合金生物材料的方法及其应用
技术领域
本发明涉及金属材料制造，确切地说是一种制备小肽涂层的镁基合金生物材料的方法及其应用。
背景技术
随着人类社会的的发展和人类活动的增加，人类骨组织和硬组织的损伤越来越频繁，因此对相应的骨组织固定、修复及替代生物材料的需求越来越多，要求越来越高。传统的骨固定和替代材料如钛合金及不锈钢等金属材料，由于与人体骨组织的弹性模量相差很大，与人骨的力学性能相差很大，一旦植入体内容易产生很多问题：应力遮挡、由于金属离子的释放造成局部pH值变化从而造成居中感染或炎性反应。因而生物相容性差，很难适应骨愈合过程。而高分子材料由于力学性能查尤其是塑性、韧性及径向力学性能很差，所以很难作为骨替代材料而广泛应用。
作为一种典型的轻合金，镁基合金与人骨就有几乎相同的弹性模量，所以与人骨力学性能很接近，是个理想的人骨替代材料。另外镁是人体新陈代谢和生物反应所必须的成分，镁通过与称骨细胞的结合，对于骨的生长及强化均有很好的促进作用。镁作为骨替代材料具有很好的生物兼容性。
然而由于镁化学性质很活泼，在人体内环境内由于多种离子的存在，使得镁和镁基合金移植材料降解速率很快，进而使得局部体液环境pH值明显增高，从而可能引发碱中毒，从而造成局部炎性反应，使得细胞死亡。因而控制镁及其合金在体内的降解速率成为镁基合金作为骨移植材料应用的关键问题。
另外镁基合金作为体内和体外的替代材料时，由于不具备明显的抑菌、消炎作用，容易在体内、体外引起细菌增生，并会造成额外的炎症反应。这进一步限制了镁基合金的广泛应用。
为了解决镁基合金在体内降解过快的问题，许多方法被用来改善镁的耐腐蚀性能，常见的方法有对表面利用各种物理和化学方法进行强化。目前为了使材料更具有生物活性、生物兼容性，生成各种具有生物功能性涂层；然而由于镁基合金自身材料的缺陷使得材料表面涂层的功能性下降，所具有的活性下降，影响材料的使用。而且现有的生物功能性涂层在提高材料耐腐蚀性能的同时很难兼顾抑菌和抗炎作用。因此目前急需制备一种既能提高镁基合金耐腐蚀性能，同时具有抗炎抑菌做的生物功能涂层。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种制备小肽涂层的镁基合金生物材料的方法及其应用，该方法制备的合金，具有抗炎抑菌的生物功能涂层，还能提高镁基合金耐腐蚀性能，具有良好的生物活性和人体兼容性，应用于制备硬组织缺损修复材料。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术手段：
一种制备小肽涂层的镁基合金生物材料的方法，将镁基合金分别经过超声波清洗去除镁基合金AZ31表面的杂质，利用氯仿将聚氨酯进行溶解，然后在等离子反应器里将处理过的镁基合金AZ31放入溶解有聚氨酯的氯仿液，使镁基合金AZ31完全包覆在溶液内，取出镁基合金AZ31，静置直至其表面的溶液固化，然后在等离子反应器里利用点击反应使镁基合金AZ31表面包覆的聚氨酯活化，最后将表面活化后的聚氨酯包覆镁基合金AZ31放入溶解有多肽的磷酸钠溶液进行震荡，使二者充分反应，以形成相应的多肽涂层。
本发明的镁基合金生物材料形成稳定的生物包覆涂层，改善了镁合金的抑菌性能及耐腐蚀性能。
进一步的优选技术方案如下：
所述的镁基合金为冷拔态的镁基合金AZ31或经过无干扰氛围完全退火的镁基合金AZ31。
所述的超声波清洗，清洗3-5分钟，清洗的液体为纯净水或80％酒精，以清除镁基合金AZ31表面的杂质，保持其表面的洁净。
所述的聚氨酯的氯仿液，是白色固态的聚氨酯与纯度≥99.5％的无色透明氯仿溶液按照3g：100ml的比例混合后，在常温进行振荡搅拌至形成均匀、无色、透明、有粘度的溶液。
所述的镁基合金AZ31放在聚氨酯的氯仿溶液中，完全浸没60分钟并间歇性震荡搅拌。
所述的镁基合金AZ31其表面的溶液固化时，使氯仿迅速挥发从而在金属表面形成一层均匀、致密而稳定的聚氨酯包覆层。
所述的镁基合金AZ31其表面的溶液固化后，在等离子反应器中用氧气等离子2.45GHz处理表面1分钟，之后在大气环境下静置15分钟进一步促进表面过氧基团和羟基的形成。
所述的镁基合金AZ31经进一步促进表面过氧基团和羟基的形成后，移回等离子反应器，真空度调节到26.7，缓慢通入丙烯酸蒸汽至66.7帕斯卡，反应1分钟后取出，用超声清洗机清洗10分钟，之后转移入在1.25mg/ml N-羟基琥珀酰亚胺和5mg/ml 1-乙基-3-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺的pH 5.0混合水溶液中，在4℃下振荡搅拌20小时后取出。最终使得所述的镁基合金AZ31表面包覆的聚氨酯活化。
所述的多肽的磷酸钠溶液，是将纯度大于95％的多肽F3分别溶解于0.1M磷酸钠溶液配置成5mM的均匀溶液。
所述的含多肽的磷酸钠溶液包覆镁基合金AZ31，振荡20小时后取出，在超纯水中超声清洗10分钟，清洗两次，干燥即可完成制备。
所述的小肽涂层的镁基合金生物材料的应用，小肽涂层的镁基合金生物材料具有良好的生物活性和人体兼容性，应用于制备硬组织缺损修复材料。
应用于制备骨骼的固定材料。
其于其良好的生物活性和人体兼容性，故其可广泛用于人工假体、植入性替代材料对开放性外伤人体组织修复、口腔内牙植入体以及体内组织损伤的修复，制备生物导管、关节碗、管节钉等人体生物材料。
附图说明
图1是镁合金与聚氨酯及多肽结合的示意图；
图2是抑耐药性金黄色葡萄菌试验图。
图3是抑菌试验结果分析对比图。
图4是腐蚀试验前试样表面的SEM图，其中：A是金属AZ31的原始表面形貌；B是包覆有多肽涂层的镁合金AZ31的表面形貌。
图5是120小时体外腐蚀试验后的表面形貌SEM图，其中，A是未包覆多肽涂层的金属腐蚀120小时后的表面；B是包覆多肽F1涂层的退火镁合金AZ31体外120小时腐蚀后的表面形貌；C是包覆多肽F3涂层的退火AZ31体外120小时腐蚀后的表面形貌。
图6是体外腐蚀试验过程中pH值的变化分析图。
图7是体外腐蚀实验过程中试样重量的变化分析图。
图8是EDS分析结果图。
具体实施方式
下面结合实施例，进一步说明本发明。
本发明提供了一种能提高镁合金抑菌性能及耐腐蚀性能的多肽生物涂层的化学点击反应制备方法(见图1)，包括以下步骤：
将冷拔态的镁合金AZ31与经过无干扰氛围完全退火的镁合金AZ31加工成直径为4.4mm，厚度为两毫米的薄饼件。
对加工成薄饼形的两种镁合金试样进行表面清洗，利用超声波清洗3-5分钟，清洗的液体为纯净水(或80％酒精)，以清除表面的杂质和黏着物，保持两种试样表面的洁净。
选用SelectophoreTM生产的聚氨酯(等级MQ100)作为将金属表面的包覆剂，首先将固态白色聚氨酯颗粒与无色透明氯仿溶液(纯度≥99.5％)按照3g：100ml(W/V)的比例混合并在常温进行振荡搅拌，至聚氨酯完全溶解形成均匀、无色、透明并具有一定粘度的溶液。
将超声波表面处理过的两种镁基合金AZ31(薄饼状，直径为4.4mm,厚度为2mm)放入聚氨酯的氯仿溶液中，完全浸没60分钟并间歇性震荡搅拌。
将均匀包覆聚氨酯的两种镁合金材料从溶液中取出，放在表面皿中并置于通风橱中16小时，使氯仿迅速挥发从而在金属表面形成一层均匀、致密而稳定的聚氨酯包覆层。
将包覆后的金属薄片至于等离子反应器(
Figure BDA0002450689700000031
Plasma Technology GmbH生产)中用氧气等离子2.45GHz处理表面1分钟，之后在大气环境下静置15分钟进一步促进表面过氧基团和羟基的形成。
将金属移回等离子反应器，真空度调节到26.7，缓慢通入丙烯酸蒸汽至66.7帕斯卡，反应一分钟后取出，用超声清洗机清洗10分钟，之后转移入在1.25mg/ml N-羟基琥珀酰亚胺和5mg/ml 1-乙基-3-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺的混合水溶液(pH 5.0)中，在4℃下振荡搅拌20小时后取出，最终使得所述的镁基合金AZ31表面包覆的聚氨酯活化。
将合成的高纯度(>95％)多肽F1和F3(发现于澳大利亚树蛙背部腺体)分别溶解于0.1M磷酸钠溶液配置成5mM的均匀溶液。将表面活化的聚氨酯包覆金属薄片在4℃下浸入多肽的磷酸钠溶液中振荡20小时后取出，在超纯水中超声清洗10分钟两次。通风橱中干燥完成制备。(一)抑菌对比实验如下：
(1)抑菌试验的试样都制备成制成直径为统一制成直径为4.4mm，厚度为2mm的小尺寸镁片，尺寸公差为±0.002mm；
(2)将原始的两种不同处理态的镁合金AZ31与经过点击反应分别形成F1和F3多肽涂层的两种镁合金试样进行表面清洗：利用纯净水进行清洗，在超声波清洗器里清洗3-5分钟，以去除表面的杂质和黏着物；
(3)将清洗后的各种试样放入抑菌实验皿在37℃的恒温孵化箱进行耐药性金黄色葡萄球菌的100小时的抑菌试验。
(4)收集对数期生长耐甲氧西林的金黄色葡萄球菌(MRSA，GDM1.1263)，MH培养基调整菌悬液浓度为2.0×105CFU/ml。用无菌棉拭子蘸取菌液，管壁旋转挤压几次，去掉过多的菌液。用拭子均匀涂布整个M-H药敏琼脂平板(广州远明生物)。药敏纸片(OXOID，英国)分别加入30μg的F1和F3多肽，将纸片贴到M-H琼脂平板上，平板倒放，37℃孵育，培养过夜。30μg哌拉西林钠他唑巴坦钠(Tazocin)与空白的药敏片(BASD)以及原始的两种状态的AZ31镁合金作为对照。抑菌试验图见图2。用游标卡尺测量抑菌圈大小。其结果如下表所示：
表1：抑菌效果对比表
Figure BDA0002450689700000041
备注：Tazocin是哌拉西林钠他唑巴坦钠,质量比(8:1)。
(4)分析得出实验结论：对实验结果进行对比，可见:
(i)两种纯金属试样(冷拔和退火的AZ31)均不具备抑菌效果；
(ii)空白的药敏片不具备抑菌效果；
(iii)现有的临床药物Tazocin在24小时内具有最好的抑菌效果，24小时后抑菌效果消失；
(iv)单纯多肽F1和F3在24小时内都具有明显的抑菌效果，然而类似于Tazocin，在24小时后抑菌效果消失；多肽F3的抑菌效果要明显好于F1多肽。
(v)包覆F1多肽涂层的两种镁合金AZ31试样都在24小时内表现出明显的抑菌效果，然而抑菌效果在24小时后消失；包覆F1多肽涂层的退火AZ31的抑菌效果要明显好于包覆F1多肽涂层的冷拔AZ31的抑菌效果。
(vi)包覆F3多肽涂层的两种镁合金AZ31试样在100小时内表现出明显、持久的抑菌效果。而抑菌效果呈递减趋势。同时包覆F3多肽涂层的退火AZ31的抑菌效果要明显好于包覆F3多肽涂层的冷拔AZ31的抑菌效果。
(vii)由于包覆多肽涂层的镁合金的直径与涂抹有Tazocin的药敏片的直径差别很大，没有办法与Tazocin的抑菌效果进行直接比较；因而进行有效抑菌环面积进行比较。如图3所示：包覆F3多肽涂层的退火AZ31试样在24小时的抑菌效果要明显高于现有的临床药物Tazocin,而且持续100小时后效果也很明显。另外包覆F3的冷拔AZ31金属片在100小时内都呈现出持久和显著的抑菌效果。
(二)体外耐腐蚀试验结果对比
(1)腐蚀试样(原始两种不同处理态的镁合金AZ31及分别包覆有F1和F3的两种镁合金)统一制成直径为4.4mm厚度为2mm的小尺寸镁片，尺寸公差为±0.002mm；
(2)将原始的两种不同处理态的镁合金AZ31与经过点击反应分别形成F1和F3多肽涂层的两种镁合金试样进行表面清洗：利用纯净水进行清洗，在超声波清洗器里清洗3-5分钟，以去除表面的杂质和黏着物；
(3)将制备好的腐蚀试样分别放入DMEM(Dulbecco's Modified Eagle Medium)高糖培养基，在37℃恒温孵化箱内，进行体外耐腐蚀试验120小时；
(4)在体外腐蚀过程中，定时对试样的重量和DMEM培养基的pH值进行检测。具体的观测内容和步骤如下：
(i)完成一定时间的腐蚀后，将试样取出清洗后，放入生物安全通风橱内干燥，然后再电子天平(日本岛津电子天平AUW220D)进行重量测定。
(ii)完成步骤(1)后，将取出试样后的DEEM培养基，利用pH测试仪器(CyberScanpH510-台式pH酸度计)，进行pH值检测。
实验结果见表2：
表2：体外腐蚀实验结果对比
Figure BDA0002450689700000061
备注：*表示相对应的pH值的溶液有轻微的细菌污染。
结合实验结果表2，对具体的pH值观测结果如下：
如图6所示，在120小时的体外腐蚀过程中，以退火AZ31一组试样为例进行说明，纯金属AZ31在120小时的体外腐蚀过程中，其所在DMEM溶液的pH值由初始的7.2飙升至8.91。而且在整个腐蚀过程中其pH值在这组试样中都是最高的，表明其腐蚀速度最快。包覆F1多肽涂层的退火AZ31试样的pH值在前48小时内，都明显比包覆F3多肽涂层的AZ31试样高。这表明着这个过程中其腐蚀速度始终是比包覆F3涂层的AZ31试样要快。48小时候由于轻微的细菌污染可能造成其pH值反而低于包覆F3涂层的AZ31试样；这也不能表明在后期其腐蚀速度比后者慢。所以很明显包覆F3涂层的退火AZ31试样在整个过程中的腐蚀速度最慢，包覆F1多肽涂层的退火AZ31试样腐蚀速度也大大地低于裸金属退火AZ31试样的腐蚀速度。因而两种多肽涂层都明显抑制金属离子释放到DMEM溶液，从而抑制了腐蚀的进行，明显提高的材料的耐腐蚀性能。
结合表2及试样质量的观测结果如下：
如图7所示，腐蚀过程中试样质量分析表明，在前12个小时内，三种试样都有明显的质量下降的过程，而从12小时以后裸金属退火AZ31试样的质量明显下降，这与pH值的变化相符和，腐蚀速度加快，试样质量损失加剧。而两种多肽涂层包裹的退火AZ31试样的质量在100小时内变化不明显，尤其是F3多肽包裹的退火AZ31试样在120小时时质量的变化仍然不明显。因此试样质量变化的观测结果与pH值的变化向符合：这表明两种多肽涂层包覆的材料能有效抑制材料的腐蚀。
(三)腐蚀试样的表面形貌及EDS分析
(1)在120小时的体外腐蚀试验完成后，将试样在磷酸缓冲盐溶液PBS溶液(Phosphate buffer saline)清洗3-5分钟，在生物安全通风橱内干燥。
(2)将未包覆多肽的两种金属试样(退火的AZ31与冷拔的AZ31)利用电镜专用的双层导电胶带carbon tape将试样固定到试样架。对于表面包覆有多肽涂层的试样，由于导电性很差，所以在电镜观测前要对试样表面进行喷碳处理，然后再利用双层导电胶带固定到是试样台上。
(3)利用扫描电镜JEOL 6010SEM对试样表面进行EDS分析和并进行形貌观察。选取两种成分进行分析：对碳元素C成分的分析可以知道表面多肽涂层的变化；对氧化镁MgO的成分分析可以知道镁合金腐蚀情况。
表3：腐蚀试样表面EDS分析
Figure BDA0002450689700000071
SEM表面形貌分析表明：
经过120小时的体外腐蚀，退火AZ31试样表面出现大块的龟裂现象(图5)，而两种多肽涂层包覆的AZ31则没有出现类似的现象，且与腐蚀前的表面形貌相差不大(图4、5)。这说明这两种涂层包覆材料的腐蚀过程不是很明显。
EDS分析结果表明：
取了两种成分进行分析，碳和氧化镁。这是因为多肽里含有碳元素，测定碳元素的变化，可以来判断多肽涂层的情况。镁合金腐蚀的产物为氧化镁，所以分析氧化镁成分的变化，可以从另一个方面来判断材料腐蚀的情况。从图8可以看出，在120小时体外腐蚀之后，包覆有F3涂层的退火AZ31试样产生的氧化镁数量最少；其次是包覆有F1多肽涂层的退火AZ31试样；而裸金属退火AZ31产生的氧化镁数量最多。因而很明显，裸金属退火AZ31腐蚀最快，包覆F1涂层退火AZ31其次，包覆F3多肽涂层退火AZ31试样腐蚀最慢。这表明这两种涂层都能有效降低镁合金的腐蚀速度。
同时我们看到，包覆有F1多肽涂层的AZ31含碳量比包覆F3涂层的含量要明显高得多，这表明在包覆在金属表面时，F1多肽涂层的量要多于F3多肽涂层。这也从另一个方面表明，F3多肽涂层包覆在金属表面比F1多肽涂层更有效的抑制金属材料的腐蚀。
本实施例的方法，工艺简单，操作方便，可实施性强，形成的新材料稳定，与其他材料结合形成稳定结构；能够维持并强化结合产物的活性；耗能小，容易生产，周期短，容易产业化，对环境无污染。
本实施例制备的小肽涂层的镁基合金生物材料具有良好的生物活性和人体兼容性，应用于制备硬组织缺损修复材料。可广泛用于人工假体、植入性替代材料对开放性外伤人体组织修复、口腔内牙植入体以及体内组织损伤的修复，制备生物导管、关节碗、管节钉等人体生物材料。
以上所述仅为本发明较佳可行的实施例而已，并非因此局限本发明的权利范围，凡运用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变化，均包含于本发明的权利范围之内。

Claims (10)

1.一种制备小肽涂层的镁基合金生物材料的方法，其特征在于，包含以下步骤：将镁基合金分别经过超声波清洗去除镁基合金AZ31表面的杂质，利用氯仿将聚氨酯进行溶解，然后将处理过的镁基合金AZ31放入溶解有聚氨酯的氯仿液，使镁基合金AZ31完全包覆在溶液内，取出镁基合金AZ31，静止直至其表面的溶液固化，然后在等离子反应器里利用点击反应使镁基合金AZ31表面包覆的聚氨酯活化，最后将表面活化后的聚氨酯包覆镁基合金AZ31放入溶解有多肽的磷酸钠溶液进行震荡，使二者充分反应，以形成相应的多肽涂层；所述的镁基合金AZ31其表面的溶液固化后，在等离子反应器中用氧气等离子2.45 GHz处理表面1分钟，之后在大气环境下静置15分钟进一步促进表面过氧基团和羟基的形成；所述的镁基合金AZ31经进一步促进表面过氧基团和羟基的形成后，移回等离子反应器，真空度调节到26.7帕斯卡，缓慢通入丙烯酸蒸汽至66.7帕斯卡，反应1分钟后取出，用超声清洗机清洗10分钟，之后转移入在1.25 mg/mL N-羟基琥珀酰亚胺和5 mg/mL1-乙基-3-（3-二甲基氨基丙基）碳二亚胺的pH 5.0混合水溶液中，在4℃下振荡搅拌20 小时后取出，最终使得所述的镁基合金AZ31表面包覆的聚氨酯活化。
2.根据权利要求1所述的制备小肽涂层的镁基合金生物材料的方法，其特征在于：所述的镁基合金为冷拔态的镁基合金AZ31或经过无干扰氛围完全退火的镁基合金AZ31。
3.根据权利要求1所述的制备小肽涂层的镁基合金生物材料的方法，其特征在于：所述的超声波清洗，清洗3-5分钟，清洗的液体为纯净水或80%酒精，以清除镁基合金AZ31表面的杂质，保持其表面的洁净。
4.根据权利要求1所述的制备小肽涂层的镁基合金生物材料的方法，其特征在于：所述的聚氨酯的氯仿液，是白色固态的聚氨酯与纯度≥99.5%的无色透明氯仿溶液按照3g：100mL的比例混合后，在常温进行振荡搅拌至形成均匀、无色、透明、有粘度的溶液。
5.根据权利要求4所述的制备小肽涂层的镁基合金生物材料的方法，其特征在于：所述的镁基合金AZ31放在聚氨酯的氯仿溶液中，完全浸没60分钟并间歇性震荡搅拌。
6.根据权利要求1所述的制备小肽涂层的镁基合金生物材料的方法，其特征在于：所述的镁基合金AZ31其表面的溶液固化时，使氯仿迅速挥发从而在金属表面形成一层均匀、致密而稳定的聚氨酯包覆层。
7.根据权利要求1所述的制备小肽涂层的镁基合金生物材料的方法，其特征在于：所述的多肽的磷酸钠溶液，是将纯度大于95%的多肽F1和F3分别溶解于0.1 M磷酸钠溶液配置成5mM的均匀溶液。
8.根据权利要求7所述的制备小肽涂层的镁基合金生物材料的方法，其特征在于：所述的多肽的磷酸钠溶液里放入表面活化的聚氨酯包覆镁基合金AZ31，振荡20小时后取出，在超纯水中超声清洗10分钟，清洗两次，干燥即可完成制备。
9.一种根据权利要求1-8任一权利要求所述的小肽涂层的镁基合金生物材料的应用，其特征在于：所述的小肽涂层的镁基合金生物材料具有良好的生物活性和人体兼容性，应用于制备硬组织缺损修复材料。
10.根据权利要求9所述的小肽涂层的镁基合金生物材料的应用，其特征在于：应用于制备骨骼的固定材料。
CN202010291833.3A 2020-03-03 2020-04-14 制备小肽涂层的镁基合金生物材料的方法及其应用 Active CN111494704B (zh)

Priority Applications (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010291833.3A CN111494704B (zh) 2020-04-14 2020-04-14 制备小肽涂层的镁基合金生物材料的方法及其应用
AU2021230640A AU2021230640B2 (en) 2020-03-03 2021-02-25 Methods for improving mechanical property and biological stability of magnesium alloy and for manufacturing material and applications
JP2022552864A JP2023516708A (ja) 2020-03-03 2021-02-25 マグネシウム合金の力学特性及び生物学的安定性を向上させる方法並びに材料を製造する方法及び使用
EP21764320.4A EP4108800A1 (en) 2020-03-03 2021-02-25 Method for increasing mechanical performance and biological stability of magnesium alloy and for manufacturing material and applications
PCT/CN2021/000030 WO2021174998A1 (zh) 2020-03-03 2021-02-25 提高镁合金力学性能生物稳定性及制备材料的方法和应用
US17/905,456 US11938244B2 (en) 2020-03-03 2021-02-25 Methods for improving mechanical property and biological stability of magnesium alloy and manufacturing material and applications

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010291833.3A CN111494704B (zh) 2020-04-14 2020-04-14 制备小肽涂层的镁基合金生物材料的方法及其应用

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111494704A CN111494704A (zh) 2020-08-07
CN111494704B true CN111494704B (zh) 2022-01-25

Family

ID=71866158

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010291833.3A Active CN111494704B (zh) 2020-03-03 2020-04-14 制备小肽涂层的镁基合金生物材料的方法及其应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111494704B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11938244B2 (en) 2020-03-03 2024-03-26 Hejie Li Methods for improving mechanical property and biological stability of magnesium alloy and manufacturing material and applications
CN114432489A (zh) * 2022-01-29 2022-05-06 阳光生物科技有限公司 在金属表面制备具有长效抗菌效果多肽涂层的方法

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1216984C (zh) * 2003-05-19 2005-08-31 浙江大学 在聚合物生物材料表面引入细胞生长因子的方法
EP2089072B1 (en) * 2006-09-06 2014-06-04 Boston Scientific Limited Medical devices having a coating for promoting endothelial cell adhesion
CN102895706B (zh) * 2012-11-12 2015-07-08 重庆大学 一种生物医用耐蚀多孔复合材料及其制备方法
CN104672428A (zh) * 2015-02-13 2015-06-03 华南理工大学 用于组织修复的吸附TGF-β1生长因子的聚氨酯材料及制备方法
CN106902396B (zh) * 2017-01-05 2021-01-19 华南理工大学 一种在医用材料表面上制备抗菌表面的方法
CN107189096B (zh) * 2017-04-28 2020-05-22 深圳先进技术研究院 一种高分子材料表面改性方法及其产品和用途
CN108926747A (zh) * 2017-05-24 2018-12-04 上海微创医疗器械（集团）有限公司 一种抗黏附多肽的应用、一种植入医疗器械及其制备方法
CN107937880B (zh) * 2017-09-20 2020-03-10 深圳市中科摩方科技有限公司 一种金属材料表面改性的方法及其产品和用途
CN110551180A (zh) * 2019-08-21 2019-12-10 华南理工大学 一种具有响应效应的多功能植入体及其制备方法与应用

Also Published As

Publication number Publication date
CN111494704A (zh) 2020-08-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Wang et al. Polyetheretherketone/nano-fluorohydroxyapatite composite with antimicrobial activity and osseointegration properties
Zhang et al. The dual function of Cu-doped TiO 2 coatings on titanium for application in percutaneous implants
Amaravathy et al. Novel sol gel coating of Nb2O5 on magnesium alloy for biomedical applications
US11560014B2 (en) Nanostructured surfaces
Huang et al. Nitrogen plasma immersion ion implantation treatment to enhance corrosion resistance, bone cell growth, and antibacterial adhesion of Ti-6Al-4V alloy in dental applications
Zhang et al. Sr/ZnO doped titania nanotube array: an effective surface system with excellent osteoinductivity and self-antibacterial activity
Liu et al. The effects of three cold plasma treatments on the osteogenic activity and antibacterial property of PEEK
CN111494704B (zh) 制备小肽涂层的镁基合金生物材料的方法及其应用
Zhou et al. Enhanced corrosion resistance and bioactivity of Mg alloy modified by Zn-doped nanowhisker hydroxyapatite coatings
CN105060280A (zh) 一种钛或钛合金表面石墨烯薄膜的制备方法
Yakufu et al. Covalently functionalized poly (etheretherketone) implants with osteogenic growth peptide (OGP) to improve osteogenesis activity
CN110115777A (zh) 具备良好生物相容性和抑菌功能涂层的钛合金材料的制备方法
CN112402693A (zh) 一种表面具有促成骨涂层的骨科植入器械及制备方法
Rahman et al. Microroughness induced biomimetic coating for biodegradation control of magnesium
CN107740083B (zh) 一种镁合金表面超疏水氟转化涂层的制备方法
Zhu et al. In situ formation of bioactive calcium titanate coatings on titanium screws for medical implants
Bishal et al. Enhanced bioactivity of collagen fiber functionalized with room temperature atomic layer deposited titania
Wang et al. A novel Ca-Mg-P/PDA composite coating of Mg alloys to improve corrosion resistance for orthopedic implant materials
Kaliaraj et al. Silver-ceria stabilized zirconia composite coatings on titanium for potential implant applications
Rajan et al. In vitro assessment of corrosion resistance and biocompatibility of tantalum-niobium oxide surface-functionalized Mg alloy
Martin et al. Evaluation of the Bioactivity of Surface Modified Polyetheretherketone (PEEK) as an Implant Material: An: In Vitro: Study
WO2021174998A1 (zh) 提高镁合金力学性能生物稳定性及制备材料的方法和应用
Li et al. Biological and antibacterial properties of composite coatings on titanium surfaces modified by microarc oxidation and sol-gel processing
Li et al. rBMSC and bacterial responses to isoelastic carbon fiber-reinforced poly (ether-ether-ketone) modified by zirconium implantation
Ferraz et al. HA and double-layer HA-P 2 O 5/CaO glass coatings: influence of chemical composition on human bone marrow cells osteoblastic behavior

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant