[發(fā)明專利]植入體用復(fù)合材料及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011639090.0
• 申請日: 2020-12-31
• 公開（公告）號: CN112843330B
• 公開（公告）日: 2022-08-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 黃衛(wèi)民;倪翔;張子祺
• 申請（專利權(quán)）人: 吉林大學(xué)
• 主分類號: A61L27/06
• 分類號: A61L27/06;A61L27/30;A61L27/32;A61L27/54;A61L27/50;C25D11/26;C25D15/00
• 代理公司: 蘇州創(chuàng)策知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 32322
• 代理人: 周錦全

本發(fā)明涉及植入體用復(fù)合材料及其制備方法。所述植入體用復(fù)合材料包含鈦金屬基底層、二氧化鈦納米管層、以及包含羥基磷灰石和稀土摻雜的金屬有機(jī)框架顆粒的涂層。所述方法包括：步驟(1)：鈦片預(yù)處理；步驟(2)：制備二氧化鈦納米管層；步驟(3)：制備稀土摻雜的金屬有機(jī)框架顆粒；步驟(4)：制備包含羥基磷灰石和稀土摻雜的金屬有機(jī)框架顆粒的涂層。本發(fā)明的植入體用復(fù)合材料能夠在具有與現(xiàn)有鈦材料類似的良好生物相容性的前提下，克服現(xiàn)有鈦材料的抗菌性差等缺點。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及化學(xué)、材料學(xué)與生物醫(yī)學(xué)交叉技術(shù)，具體涉及一種植入體用復(fù)合材料及其制備方法。所述植入體用復(fù)合材料包含鈦金屬基底層、二氧化鈦納米管層、以及包含羥基磷灰石和稀土摻雜的金屬有機(jī)框架顆粒的涂層。

背景技術(shù)

由于擁有良好的生物相容性和機(jī)械強(qiáng)度，鈦及其合金幾十年來一直被用作骨替代品和骨科植入物。但是，由于鈦及鈦合金沒有抗菌性能，并具有易表面腐蝕、表面粗糙度低等缺點，容易導(dǎo)致種植體周圍的術(shù)后炎癥、細(xì)菌感染、應(yīng)力形變以及成骨能力差等后果，抑制了其進(jìn)一步應(yīng)用。

目前，通過各種表面改性方法或使用功能化材料如羥基磷灰石(HA)、生物活性分子和金屬離子等作為涂層以增強(qiáng)鈦或鈦合金的生物相容性、抗菌性、抗腐蝕性或骨整合性。

在各種表面改性方法中，電化學(xué)陽極氧化法可以很容易地在鈦表面合成二氧化鈦納米管。這種方法流程簡便，成本低廉，節(jié)約時間，并顯著提高鈦表面的抗腐蝕能力和粗糙程度，減少應(yīng)力形變和析氫造成術(shù)后積液的風(fēng)險，增加骨整合能力。然而，二氧化鈦納米管層仍沒有抗菌性能，生物相容性差。為此，后續(xù)仍需要在二氧化鈦納米管中進(jìn)一步加載抗生素物質(zhì)、成骨藥物和創(chuàng)面愈合藥物，增強(qiáng)植入物的生物相容性，降低術(shù)后感染風(fēng)險。

羥基磷灰石(HA)是人體骨骼和牙齒的主要無機(jī)成分，結(jié)構(gòu)式為Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂。仿生法合成的羥基磷灰石晶體已廣泛應(yīng)用于醫(yī)療領(lǐng)域，如植入物或假體涂層等。此外，許多生物學(xué)特性實驗進(jìn)一步證明了其非免疫原性、非炎癥性、良好的生物相容性、高成骨整合能力和成骨誘導(dǎo)性，使其成為一種理想的體內(nèi)植入材料。然而，羥基磷灰石的抗菌性能很差。

金屬有機(jī)框架(MOFs)因其富有規(guī)律的多孔結(jié)構(gòu)和易于修飾的化學(xué)性質(zhì)而被廣泛應(yīng)用于藥物裝載和傳遞系統(tǒng)中。這種材料的多孔結(jié)構(gòu)帶來的大比表面積可以極大地提高內(nèi)部藥物和抗菌離子的裝載量。藥物或抗菌離子隨著金屬有機(jī)框架在人的體液環(huán)境中緩慢分解而緩釋，實現(xiàn)增強(qiáng)成骨、抗菌抗炎、去熱止痛或增加傷口愈合等特殊功能。這些特性使金屬有機(jī)骨架成為當(dāng)前生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的非常受關(guān)注的材料。然而，目前金屬有機(jī)框架僅通過輸液方式進(jìn)行給藥，不清楚其能否通過其他給藥方式作用于人體，也不清楚其能否與其他載體一起聯(lián)合使用。

近年來，由于耐藥性的增加，市場上常用的抗菌藥物(例如青霉素)逐漸失效。為此，新的抗菌材料(如鑭(La)、鈰(Ce)、釹(Nd)等稀土元素及其化合物)越來越受到研究者的關(guān)注。相較于傳統(tǒng)的抗菌材料(如銀離子)而言，新興的稀土元素不僅擁有廣譜抗菌特性，還能夠極大地降低抗菌離子的成本。并且，生物實驗證明其在誤差允許的范圍內(nèi)不會降低植入體的生物相容性。然而，如果直接使用稀土元素及其化合物，就會對材料的生物相容性產(chǎn)生不利影響。

因此，現(xiàn)有技術(shù)中需要一種新型材料及其制備方法，所述新型材料能在保持鈦材料良好生物相容性的前提下，賦予其抗菌性，并增加其抗腐蝕性和骨整合能力等功能性。

發(fā)明內(nèi)容

技術(shù)問題

本發(fā)明的一個目的是，提供一種植入體用復(fù)合材料，其能夠在具有與現(xiàn)有鈦材料類似的良好生物相容性的前提下，克服現(xiàn)有鈦材料的抗菌性差等缺點。

本發(fā)明的另一個目的是，提供一種制備上述植入體用復(fù)合材料的方法，所述方法利用電化學(xué)陽極氧化工藝和電化學(xué)原位沉積工藝分別得到二氧化鈦納米管層、以及包含羥基磷灰石和稀土摻雜的金屬有機(jī)框架顆粒的涂層，從而得到上述植入體用復(fù)合材料。