CN115645606B - 一种改善钛合金表面血液相容性的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种改善钛合金表面血液相容性的方法，步骤如下：(1)钛合金表面经砂纸逐级打磨和抛光后，置于氢氧化钠溶液中进行碱热处理，得到表面具有微纳多孔结构的钛合金；(2)将步骤(1)所得材料在多巴胺/Tris溶液中震荡反应，得到表面沉积多巴胺的钛合金；(3)将步骤(2)所得材料在赖氨酸磷酸盐缓冲液中浸泡反应，得到表面负载赖氨酸的钛合金；(4)将步骤(3)所得材料在含半胱氨酸的化合物缓冲液中浸泡反应，取出冲洗风干。本发明通过在钛合金表面引入赖氨酸、多肽或白蛋白，能够有效地改善其血液相容性，在血液接触材料方面具有良好的应用前景，所采用的方法反应条件温和、简单易行。
Description
技术领域
本发明涉及表面改性方法，具体涉及一种改善钛合金表面血液相容性的方法。
背景技术
钛及钛合金因具有优异的综合力学性能而被广泛应用于生物医学材料。但钛及钛合金表面具有明显的生物惰性，当作为血液接触材料时，其表面原始的致密钝化氧化膜容易引起血浆蛋白、血小板等的粘附和聚集，从而引起血栓、再狭窄等风险，造成植入失败。因此，对钛合金表面改性，使其具有优异的生物相容性，并促进正常细胞功能的表达，是钛合金作为血液接触材料急需解决的重要问题。
发明内容
发明目的：为了解决现有技术存在的技术问题，本发明旨在提供一种工艺简单且能够显著改善钛合金表面血液相容性的方法。
技术方案：本发明所述的改善钛合金表面血液相容性的方法，包括以下步骤：
(1)钛合金表面经砂纸逐级打磨和抛光后，置于氢氧化钠溶液中进行碱热处理，取出冲洗风干，得到表面具有微纳多孔结构的钛合金；
(2)将步骤(1)所得材料在多巴胺/Tris溶液中震荡反应，取出冲洗风干，得到表面沉积多巴胺的钛合金；
(3)将步骤(2)所得材料在赖氨酸磷酸盐缓冲液中浸泡反应，取出冲洗风干，得到表面负载赖氨酸的钛合金；
(4)将步骤(3)所得材料在含半胱氨酸的化合物缓冲液中浸泡反应，取出冲洗风干。
进一步地，步骤(1)中，所述的钛合金为TA1合金或TA2合金，抛光包括机械抛光和电解抛光，氢氧化钠溶液的浓度为1-15M，优选5-10M，碱热处理的温度为25-75℃，优选为50-75℃，时间为10-24h，冲洗的溶剂为去离子水。
进一步地，步骤(2)中，所述的多巴胺/Tris溶液的浓度为1-3mg/ml，pH为8.0-8.5冲洗的溶剂为去离子水。
进一步地，步骤(3)中，所述的赖氨酸磷酸盐缓冲液的制备方法为：将赖氨酸溶解于磷酸盐缓冲液溶液中，加入活化剂1-(3-二甲基氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺和N-羟基丁二酰亚胺，活化5-15min，即得。
进一步地，步骤(3)中，所述的赖氨酸的浓度为0.5-5mg/ml，优选为2.5mg/ml，1-(3-二甲基氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺和N-羟基丁二酰亚胺的摩尔比为3:1，1-(3-二甲基氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺的浓度为2-3mg/ml。
进一步地，步骤(4)中，所述的含半胱氨酸的化合物缓冲液的的制备方法为：在磷酸盐缓冲液中加入10-30mg/ml的含半胱氨酸的化合物，搅拌、混合均匀后，加入1-(3-二甲基氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺和N-羟基丁二酰亚胺，活化5-15min，即得。
进一步地，步骤(4)中，所述的含半胱氨酸的化合物为多肽或白蛋白。
进一步地，步骤(3)和步骤(4)中，所述的浸泡反应的温度为3-5℃，10-24h，冲洗的溶剂为磷酸盐缓冲液。
发明原理：赖氨酸是人类的必须氨基酸之一，具有可促进人体生长发育、增强机体免疫力等作用，但人机体本身并不能合成赖氨酸，需要从食物中补充。赖氨酸修饰的材料表面可选择性结合血浆纤溶酶原，从而改善植入物表面的抗血栓形成能力。
白蛋白是一种抗凝血蛋白，可明显减少血浆蛋白的粘附、血小板的粘附与激活，从而抑制血栓的形成。此外，含有大量的半胱氨酸的分子，如牛血清白蛋白的分子结构中含大量自由巯基。半胱氨酸内的巯基与体内血浆中的S-亚硝基蛋白接触时，通过交换反应，催化一氧化氮信号分子的释放，从而维持血管正常的张力、抑制血小板的粘附与激活、抑制平滑肌细胞的增生和迁移。
因此，在血液接触的钛合金材料表面引入赖氨酸、白蛋白或含半胱氨酸的多肽分子，可以明显起到改善血液相容性的目的。本发明通过螯合作用在钛合金表面固定多巴胺，随后通过两次酰胺反应，依次实验赖氨酸和含半胱氨酸分子的固定。所制备的涂层对改善血液相容性具有有益作用。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下显著优点：
(1)本发明采用碱热处理、表面固定生物分子以及表面涂层显著改善了钛合金的生物活性，提升了钛材料的血液相容性；
(2)本发明不受基体形状限制，可在复杂形状表面制备均匀涂层；
(3)本发明制备技术所需的条件温和，不需要特殊的设备，工艺简单，成本低廉。
附图说明
图1为本发明实施例1中TA2合金碱热处理(a)、沉积多巴胺(b)、肢接赖氨酸(c)、沉积白蛋白(d)的表面多孔结构；
图2为本发明实施例1中TA2合金(a)、碱热处理(b)、沉积多巴胺(c)、肢接赖氨酸(d)、沉积白蛋白(e)的表面水接触角；
图3为本发明实施例1中TA2合金和涂层表面的血小板粘附数量。
具体实施方式
下面，结合具体实施例和附图进一步对本发明进行说明。
实施例1：本发明所述的改善钛合金表面血液相容性的方法，具体步骤为：将TA2合金制成30mm×30mm×2mm的试样，表面通过320、400、600、800、1000、1200#砂纸打磨后，抛光、HF+HNO3的混合溶液电解抛光5s后，水洗、干燥；采用碱热处理，在5M NaOH水溶液，加热至50℃、保持24h，去离子水洗5min，风干；随后，将2.5mg/mlL-赖氨酸磷酸盐缓冲液中，搅拌后，加入2.5mg/ml的1-(3-二甲基氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺和12mg/ml的N-羟基丁二酰亚胺活化10min，将沉积多巴胺涂层的钛合金浸入赖氨酸溶液中，并置于4℃环境中，保持24h，取出后用磷酸盐缓冲液冲洗3次，风干，随后将赖氨酸修饰后的钛合金浸入20mg/ml的牛血清白蛋白溶液中，保持4℃反应10-24h，取出后用磷酸盐缓冲液冲洗3次，风干，即得。
实施例2：本发明所述的改善钛合金表面血液相容性的方法，具体步骤为：将TA1合金制成30mm×30mm×2mm的试样，表面通过320、400、600、800、1000、1200#砂纸打磨后，抛光、HF+HNO3的混合溶液电解抛光5s后，水洗、干燥；采用碱热处理，在3M NaOH水溶液，加热至75℃、保持24h，去离子水洗3遍，风干；随后，将2.5mg/mlL-赖氨酸磷酸盐缓冲液中，搅拌后，加入2.5mg/ml的1-(3-二甲基氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺和12mg/ml的N-羟基丁二酰亚胺活化15min，将沉积多巴胺涂层的钛合金浸入赖氨酸溶液中，并置于4℃环境中，保持24h，取出后用磷酸盐缓冲液冲洗3次，风干，随后将赖氨酸修饰后的钛合金浸入15mg/ml的半胱氨酸-丙氨酸-甘氨酸(CAG)多肽溶液中，保持4℃反应24h，取出后用磷酸盐缓冲液冲洗3次，风干，即得。
实施例3：本发明所述的改善钛合金表面血液相容性的方法，具体步骤为：将TA1合金制成30mm×30mm×2mm的试样，表面通过320、400、600、800、1000、1200#砂纸打磨后，抛光、HF+HNO3的混合溶液电解抛光5s后，水洗、干燥；采用碱热处理，在10M NaOH水溶液，加热至75℃、保持24h，去离子水洗5min，风干；随后，将2.5mg/mlL-赖氨酸磷酸盐缓冲液中，搅拌后，加入2.5mg/ml的1-(3-二甲基氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺和12mg/ml的N-羟基丁二酰亚胺活化10min，将沉积多巴胺涂层的钛合金浸入赖氨酸溶液中，并置于4℃环境中，保持24h，取出后用磷酸盐缓冲液冲洗3次，风干，随后将赖氨酸修饰后的钛合金浸入20mg/ml的半胱氨酸-丙氨酸-甘氨酸(CAG)多肽溶液中，保持4℃反应24h，取出后用磷酸盐缓冲液冲洗3次，风干，即得。
图1为各步骤的SEM图片，碱热处理后，钛表面均匀出现微孔网状结构。沉积多巴胺处理后，来微孔网状结构变得更为细小，沉积赖氨酸后，对比前面可以两图看出，基底表面网状结构变得更为细小，表面微孔结构中可见明显的吸附物质。吸附蛋白或多肽后，表面微孔被进一步填充。图2中的表面的水接触检测表明，钛合金表面的接触约为60.2°，碱热处理、沉积多巴胺、肢接赖氨酸、蛋白或多肽后接触角依次变为约(7.7±1.79)°、(32.8±1.49)°、(13.8±0.38)°、(36.7±0.43)°。这与表面亲水基团的含量有很大关系。如图3，对制备的涂层进行血小板粘附试验，发现涂层表面血小板粘附数量明显降低。
Claims (6)
1.一种改善钛合金表面血液相容性的方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）钛合金表面经砂纸逐级打磨和抛光后，置于氢氧化钠溶液中进行碱热处理，取出冲洗风干，得到表面具有微纳多孔结构的钛合金；
（2）将步骤（1）所得材料在多巴胺/Tris溶液中震荡反应，取出冲洗风干，得到表面沉积多巴胺的钛合金；
（3）将步骤（2）所得材料在赖氨酸磷酸盐缓冲液中浸泡反应，取出冲洗风干，得到表面负载赖氨酸的钛合金；
（4）将步骤（3）所得材料在含半胱氨酸的化合物缓冲液中浸泡反应，取出冲洗风干；
步骤（1）中，所述的抛光包括机械抛光和电解抛光；所述的氢氧化钠溶液的浓度为1-15M，碱热处理的温度为25-75℃，时间为10-24h；步骤（3）中，所述的赖氨酸磷酸盐缓冲液的制备方法为：将赖氨酸溶解于磷酸盐缓冲液溶液中，加入活化剂1-(3-二甲基氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺和N-羟基丁二酰亚胺，活化5-15min，即得；步骤（4）中，所述的含半胱氨酸的化合物缓冲液的制备方法为：在磷酸盐缓冲液中加入10-30mg/ml的含半胱氨酸的化合物，搅拌、混合均匀后，加入1-(3-二甲基氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺和N-羟基丁二酰亚胺，活化5-15 min，即得。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（2）中，所述的多巴胺/Tris溶液的浓度为1-3mg/ml，pH为8.0-8.5。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（3）中，所述的赖氨酸的浓度为0.5-5mg/ml。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（3）中，所述的1-(3-二甲基氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺和N-羟基丁二酰亚胺的摩尔比为3:1，1-(3-二甲基氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺的浓度为2-3mg/ml。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（4）中，所述的含半胱氨酸的化合物为多肽或白蛋白。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（3）和步骤（4）中，所述的浸泡反应的温度为3-5℃，10-24h。
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