[發明專利]鈦合金表面生長因子-納米凝膠功能化修飾的方法

無效

• 申請號: 201310613944.1
• 申請日: 2013-11-27
• 公開（公告）號: CN103623984A
• 公開（公告）日: 2014-03-12
• 發明（設計）人: 昌衛元;原續波
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: B05D5/00
• 分類號: B05D5/00;B05D7/14;A61L27/54;A61L27/52;A61L27/06
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 王麗

技術領域

本發明涉及以含羧基和碳二亞胺端基的短鏈分子為間隔壁，先通過NHS與多巴胺的反應，再將羧基活化，并與生長因子-納米凝膠表面的氨基反應，形成含多巴胺的生長因子納米凝膠，通過多巴胺在鈦合金表面的自聚反應將生長因子納米凝膠偶聯于鈦合金表面從而實現對鈦合金表面的生長因子納米凝膠功能化修飾。

背景技術

隨著人口老齡化和老年退行性疾病年輕化的趨勢，各種脊柱和關節疾患的發病率逐年增加，需要進行脊柱融合手術和關節置換手術的數量也隨之遞增。鈦合金具有優異的力學性能和良好的生物相容性，其作為主體材料已被廣泛應用于此類手術，市場需求日益增加。但是，由于治療對象為患骨質疏松癥的老年人，他們體內的骨代謝失衡，其骨吸收勝過骨生成。而鈦合金為生物惰性，其與植入部位骨組織整合性差，易于周圍宿主組織分離而引起松動。因此，改善鈦合金的生物活性，提升植入部位骨組織的修復能力、縮短愈合時間成為目前醫用鈦合金的研究焦點，而鈦合金與骨的整合速率和植入后的穩定性主要取決于表面涂層的生物活性和骨誘導性。

基于對骨整合過程中分子時間的認識，在骨重建的不同階段起關鍵作用的生長因子或基因的作用逐漸明確。在鈦合金表面負載生長因子可增加植入部位生長因子濃度，提高骨組織的形成速度。早在1989年，Aspenberg就將胰島素生長因子與鈦組合用于骨的修復，從此以后，國內外一些課題組也陸續開展了類似的研究，目前針對骨科的應用，研究最多的骨形態發生蛋白2（BMP-2）。解放軍總醫院的李眾利等采用三維連通多孔鈦結構復合BMP-2，肌肉植入實驗發現BMP-2能促使纖維組織長入孔隙結構內部，刺激血管生成，且30天后發現有鈣化骨組織形成。

但是對于生長因子，其實際應用都面臨著投遞方式和活性保持兩個主要問題。已經報導的鈦合金表面生長因子投遞技術包括：表面直接共價偶聯、通過天然大分子共價結合、可生物降解合成聚合物物理包埋涂覆、羥基磷灰石和二氧化鈦納米管儲庫式承載等。雖然生長因子應用于鈦合金表面促進骨整合與修復已有大量的研究，但在活性保持和持續投遞等方面還難以滿足臨床需求。最近，盧云峰課題組以納米凝膠技術成功投遞生長因子，該技術通過自由基反應，以高分子單分子膜包覆蛋白，形成粒徑40-80nm的微粒，可有效提高蛋白的穩定性。從而解決了生長因子穩定性的問題。但是在對鈦合金材料改性時，由于鈦合金本身的惰性和生長因子Nanogel的大尺寸造成的空間位阻效應，很難實現生長因子Nanogel在鈦合金表面的直接固定化。因此必須選擇合適的媒介來實現這種固定化。

本發明基于將生長因子納米凝膠通過小分子HOOC-PEG-NHS連接到多巴胺分子上，然后利用多巴胺在堿性環境中的自聚合反應，實現生長因子納米凝膠與鈦合金表面的偶聯。

發明內容

本發明的目的是將具有高穩定性的生長因子納米凝膠通過pH誘導的多巴胺自聚合反應偶聯到鈦合金表面，實現植入鈦合金部位骨組織的快速修復。

本發明的原理是利用HOOC-(PEG)4-NHS的NHS端與多巴胺的氨基反應，COOH端通過EDC、NHS活化與生長因子納米凝膠的氨基反應，將多巴胺與生長因子納米凝膠連接，然后利用pH誘導的多巴胺自聚合反應將生長因子納米凝膠偶聯到鈦合金的表面上。

本發明的制備方法如下：

鈦合金表面生長因子-納米凝膠功能化修飾方法，以含羧基和碳二亞胺端基的短鏈分子為間隔壁，先通過NHS與多巴胺的反應，再將羧基活化，并與生長因子-納米凝膠表面的氨基反應，形成含多巴胺的生長因子-納米凝膠，通過多巴胺在鈦合金表面的自聚反應將生長因子-納米凝膠偶聯于鈦合金表面。

所述的生長因子包括：骨形態發生蛋白（BMP）、轉化生長因子（TGF）、血管內皮生長因子（VEGF）、血小板衍生生長因子（PDGF）和成纖維細胞生長因子（FGF）。

所述的含羧基和碳二亞胺端基的短鏈分子為HOOC-(PEG)_n-NHS，其中n=2～700。

所述的多巴胺在鈦合金表面的自聚反應是pH誘導的多巴胺的自聚反應。

構建權生長因子-納米凝膠功能化修飾鈦合金表面的方法，步驟如下：

a．將多巴胺溶解于20mM?pH=7.4的PBS溶液中配成濃度為1-4mg/ml的多巴胺溶液，將上述溶液中沖入氮氣流處理1-6h；按照摩爾比1:1-1:10加入HOOC-(PEG)4-NHS，攪拌反應2-24h；