[發明專利]用于醫用金屬植入體表面的結構可控的磁響應礦化膠原涂層及其制備方法

有效

• 申請號: 201710827080.1
• 申請日: 2017-09-14
• 公開（公告）號: CN107740171B
• 公開（公告）日: 2019-07-16
• 發明（設計）人: 翁文劍;莊均珺;程逵
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: C25D15/00
• 分類號: C25D15/00;A61L27/30;A61L27/34;A61L27/50
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 萬尾甜;韓介梅

本發明公開了一種用于醫用金屬植入體表面的結構可控的磁響應礦化膠原涂層，該涂層由礦化膠原與Fe₃O₄納米顆粒構成，且Fe₃O₄納米顆粒分布于礦化膠原中，該涂層采用磁場輔助的交替電位法，通過調整電解液組成、沉積過程中磁場強度等參數，將納米磁性顆粒復合到礦化膠原中，在金屬植入體表面制得具有磁響應以及結構可控的礦化膠原的改性層。該方法通過外磁場和電化學沉積的有效組合實現結構可控的磁響應礦化膠原涂層制備，進而對細胞分化行為進行調控，在硬骨組織修復中具有應用前景。

技術領域

本發明涉及一種涂層及其制備方法，尤其涉及一種用于醫用金屬植入體表面的結構可控的磁響應礦化膠原涂層及其制備方法。

背景技術

自然骨的生長重建過程處于動態微環境中，骨組織在日常活動中會受到一定頻率的物理刺激。因此細胞/組織生長除了需要材料提供靜態生物微環境外，生物學刺激也是必不可缺的重要調制手段。大量研究證明適當的力學刺激在成骨生長或骨重塑過程中，起著相當重要的促進和調制作用。磁性納米顆粒由于其被證實的生物相容性以及在外磁場下的可操作性近幾年被廣泛應用于生物醫學領域。磁性納米顆粒在外磁場下發生磁矩的再定位，引起顆粒的旋轉甚至定向排列，顆粒與顆粒之間在沿著磁場方向產生吸引力，在垂直磁場方向產生排斥力。水凝膠是一種柔性材料，溶脹后可在外力作用下發生形變。通過在水凝膠中復合磁性顆粒，利用顆粒在外磁場下的運動對水凝膠施加外力，導致凝膠網絡的變構進而對其上細胞實現力學刺激。目前磁性水凝膠在組織工程支架的應用相對廣泛，作為表面修飾卻鮮有報道。因此我們希望尋求一種合適的可制備在植入體表面的材料，并且利用外磁場對細胞實現力學刺激。礦化膠原具有類似于水凝膠的性質，在生理環境中會發生再溶脹。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術的不足，提供一種用于醫用金屬植入體表面的結構可控的磁響應礦化膠原涂層及其制備方法。

本發明的用于醫用金屬植入體表面的結構可控的磁響應礦化膠原涂層，其特征在于，該涂層由礦化膠原與Fe₃O₄納米顆粒構成，且Fe₃O₄納米顆粒分布于礦化膠原中，所述的涂層具有0.1～10emu/g的飽和磁化強度，1～3的溶脹度。

上述技術方案中，進一步的，所述的涂層中礦化膠原呈定向排列，且Fe₃O₄納米顆粒集中分布于涂層的表層中。呈定向排列的礦化膠原其纖維尺寸在0.3～2μm。

進一步的，所述的Fe₃O₄納米顆粒的尺寸為30-200nm，選擇該尺寸可以確保涂層順利沉積并保持均勻的結構。

進一步的，所述的Fe₃O₄納米顆粒占涂層質量比為0.1％-10％，當Fe₃O₄納米顆粒量過大時會造成涂層力學性能的下降并會產生細胞毒性，影響其后續應用。

制備如上所述的結構可控的磁響應礦化膠原的方法，包括以下步驟：

1)清潔金屬基板表面；

2)配制電解液：將含鈣化合物溶于水中，配制成鈣濃度為10～100mM的水溶液，將含磷化合物溶于水中，配制成含磷濃度為10～100mM的水溶液，將含鈣水溶液和含磷水溶液攪拌混合獲得鈣磷混合溶液；

將I型膠原溶于醋酸中攪拌形成膠原溶液，其膠原濃度為0.5g/L，將膠原溶液和濃度為0.01～1mg/mL的Fe₃O₄納米顆粒溶膠加入上述鈣磷混合溶液中，使Fe₃O₄納米顆粒和膠原的質量比為0.25～1，調整電解液pH值為4.2～4.5；