[發明專利]一種維持骨動態平衡的生物功能化鈦材制備方法

無效

• 申請號: 201410073243.8
• 申請日: 2014-03-03
• 公開（公告）號: CN103933622A
• 公開（公告）日: 2014-07-23
• 發明（設計）人: 蔡開勇;胡燕;羅忠
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: A61L31/10
• 分類號: A61L31/10;A61L31/08;A61L31/02;A61L31/16
• 代理公司: 重慶大學專利中心 50201
• 代理人: 王翔

技術領域

本發明屬于醫用材料領域。

背景技術

鈦材植入體作為骨修復材料只能被動的與骨發生整合。這種不良骨整合將會導致植入體固定強度不足，造成植入體的松動并誘發骨溶癥。就患有骨質疏松癥的患者而言，骨移植手術仍然是面臨巨大挑戰。

近年來，研究人員廣泛關注利用鈦材植入體表面遞送骨生成刺激性介質（包括生長因子或其他的治療性藥物），加速植入體周圍骨形成的相關研究。例如，研究證實在鈦材表面組裝單層膜也可用于藥物遞送。另外，表面負載遞送生物活性因子（轉換生長因子β1）的孔狀鈦材植入體能促進人類骨髓基質干細胞的生物學功能并增強了宿主的組織整合性。然而，在提高鈦材表面性能的方面，以上方法仍存在以下幾點不足：首先，底物表面的藥物負載率較低；其次，鈦材表面藥物控釋性能較差，仍存在藥物的的“暴釋”現象，其不利于植入體植入體內后與骨之間的長期整合；再次，體內蛋白酶或催化劑會引發藥物或生長因子的失活。因此，急需尋求新的方法以提高鈦材骨整合性，為骨移植患者尤其是骨質疏松癥患者提供更好的技術支持。

發明內容

本發明的目的是構建一種維持骨動態平衡的生物功能化鈦材界面系統。

為實現本發明目的而采用的技術方案是這樣的，一種維持骨動態平衡的生物功能化鈦材制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

1）制備介孔硅納米顆粒，即利用模板法和溶膠凝膠制備出單分散的介孔硅納米顆粒，并將所述介孔硅納米顆粒羧基化；

2）利用擴散原理，使β-雌二醇藥物負載到步驟1）所得的介孔硅納米顆粒內；

3）采用層層自組裝技術，在負載β-雌二醇藥物的介孔硅納米顆粒的表面構建多層膜，所述多層膜由若干殼聚糖層和明膠層交錯疊加而成，制備出功能性納米顆粒；

4）在鈦材表面構建多層膜，所述多層膜由若干殼聚糖層和明膠層交錯疊加而成，得到經多層膜修飾的鈦材；

5）采用層層自組裝技術，將步驟3）所得的功能性納米顆粒組裝到步驟4）所得的多層膜修飾的鈦材的表面，得到維持骨動態平衡的生物功能化鈦材。

值得說明的是，眾所周知，細胞微環境是由由溶性信號（如生長因子等）和非溶性信號（激素）等多種蛋白和糖蛋白組成的復雜的網絡體系。這些信號分子與細胞生存及功能的發揮密不可分。然而，在保護活性分子的生物活性方面，簡單的類細胞外基質結構效用有限。盡管研究表明通過層層自組裝技術細胞微環境中的活性因子可以成功組裝到材料表面，實現活性分子的可控持續釋放。然而如何保持材料表面活性因子或藥物的生物活性是調控細胞生理功能的重要環節。

因此，為了構筑具有細胞微環境活性界面，克服材料界面藥物遞送的缺點，在本專利中，我們運用層層自組裝技術在鈦材表面構建界面存儲器。鈦材界面儲存器的優點是其表面負載高、長期維持活性因子構象和生理活性等。利用逐層自組裝技術，我們將包含β-雌二醇藥物的功能性納米顆粒（納米存儲器）包埋在多層陰－陽離子聚合物間。研究證實，β-雌二醇藥物可以原位遞送到粘附于材料表面的細胞內，調控細胞生物功能，促進骨生成。另外，本專利所設計的鈦合金表面生物儲存器還可用于儲存骨形態發生蛋白、其他生長因子（VAGF）或含抗炎癥藥物（青霉素）等,從而調控細胞的相應生物學行為。

進一步，步驟1）具體的過程是：將水溶液作為反應溶劑，向所述水溶液中加入雙親性表面活性劑作為模板，在堿性條件和反應溫度為75℃～85℃的控制條件下，向所述水溶液中加入正硅酸四乙酯；所述正硅酸四乙酯水解后，再抽取表面活性劑后，得到介孔硅納米顆粒。

進一步，步驟2）具體的過程是：將β-雌二醇溶解于1，4-二氧六環中，配置成濃度為2×10^-2～8×10^-2M的β-雌二醇溶液；將羧基化的介孔硅納米顆粒加入到β-雌二醇溶液中，室溫攪拌不低于24h；離心后清洗；置于37℃放置不少于48h，即得到負載了β-雌二醇藥物的介孔硅納米顆粒。

進一步，步驟3）具體的過程是：

a）配置濃度為1～10mg/mL的殼聚糖溶液和濃度為1～10mg/mL的明膠溶液；

b）將負載β-雌二醇藥物的介孔硅納米顆粒懸浮所述殼聚糖溶液中；室溫下攪拌懸浮液，之后離心分離出固體；

c）將負載β-雌二醇藥物的介孔硅納米顆粒懸浮所述明膠溶液中；室溫下攪拌懸浮液，之后離心分離出固體；

d）重復步驟b～c若干次；

e）將負載β-雌二醇藥物的介孔硅納米顆粒懸浮所述殼聚糖溶液中；室溫下攪拌懸浮液，之后離心分離出固體，清洗并烘干固體后，即得功能性納米顆粒。