專(zhuān)利名稱(chēng)：能緩釋微量元素硒的生物活性人工關(guān)節(jié)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種能緩釋微量元素硒的生物活性人工關(guān)節(jié)，特別是涉及一種由純鈦
或鈦合金人工關(guān)節(jié)基體以及負(fù)載有微量元素硒和骨形態(tài)發(fā)生蛋白的微孔鈦酸鈉表面層組成的人工關(guān)節(jié)及其制備方法，屬于人工關(guān)節(jié)材料技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
全球每年約有150萬(wàn)因退變性和炎癥性關(guān)節(jié)炎導(dǎo)致的關(guān)節(jié)喪失功能患者需進(jìn)行人工關(guān)節(jié)置換術(shù)。其中金屬材料用作制造人工關(guān)節(jié)應(yīng)用最早，而且在目前臨床中的應(yīng)用也仍最為廣泛。隨著時(shí)間的推移和臨床研究表明，金屬材料的人工關(guān)節(jié)普遍存在人工關(guān)節(jié)發(fā)生松動(dòng)、下沉或折斷等情況，引起骨吸收，是影響人工關(guān)節(jié)置換遠(yuǎn)期療效的主要并發(fā)癥之一。植入體表面形貌和化學(xué)特征改性被證明是一種提高骨整合的有效手段，是一種可確保骨接觸式種植體穩(wěn)定性的可靠途徑。 微量元素硒與人體健康有密切關(guān)系，是一種人體不可缺少的微量元素，具有重要的生理功能及廣泛的藥理作用。它參與機(jī)體抗氧化和能量代謝，產(chǎn)生多方面作用可有助于清除人和動(dòng)物體內(nèi)產(chǎn)生的各種親電子自由基；保護(hù)細(xì)胞的完整性；保護(hù)蛋白質(zhì)和大分子的結(jié)構(gòu)與功能；能抑制致癌物的活力；加速重金屬解毒；剌激免疫球蛋白及抗體的產(chǎn)生，增強(qiáng)機(jī)體對(duì)疾病的抵抗力以及抗菌消炎等等。特別是其提高免疫力和消炎作用，可在人工關(guān)節(jié)植入過(guò)程中發(fā)揮巨大的作用，有效降低植入體附近人體組織的感染。 骨形態(tài)發(fā)生蛋白(BMP)是廣泛存在于骨基質(zhì)中的一種低分子糖蛋白多肽，可以作用于間充質(zhì)細(xì)胞表面受體，誘導(dǎo)血管周?chē)奈捶只g充質(zhì)細(xì)胞和骨髓基質(zhì)細(xì)胞轉(zhuǎn)化為軟骨和骨細(xì)胞，具有誘導(dǎo)骨形成的生物特性。在人工關(guān)節(jié)表面負(fù)載骨形態(tài)發(fā)生蛋白(BMP)，可以顯著提高植入初期人工關(guān)節(jié)表面誘導(dǎo)成骨的能力。但是BMP易被較快吸收、降解，必須要有合適的載體起到提高其釋放周期的作用。 人體硬組織的主要無(wú)機(jī)質(zhì)是鈣磷相，而鈦酸鈉鹽在體液中可以轉(zhuǎn)變?yōu)樗隙趸仯菇饘俦砻嬖恍纬稍S多Ti-0H基團(tuán)，從而誘導(dǎo)體液中的鈣、磷沉積，形成磷灰石層(Ceramics International, 1996， 79 (24) :1127-1129)。另外由于鈦酸鈉晶體的特殊結(jié)構(gòu)，使得鈉離子有著很強(qiáng)的交換能力，可以與多種陽(yáng)離子進(jìn)行置換，從而進(jìn)行離子緩釋?zhuān)訌?qiáng)鈦酸鈉結(jié)構(gòu)層的功能性。同時(shí)表面微孔的特殊形貌增大了比表面積，使得鈦酸鈉結(jié)構(gòu)層在負(fù)載能力方面得到極大的增強(qiáng)。 制備具有生物活性的鈦酸鈉結(jié)構(gòu)的常用方法是堿液水熱合成技術(shù)。中國(guó)專(zhuān)利ZL02117866. 6 "—種制備水合鈦酸鈉鹽以及系列鈦酸鹽納米管的工藝方法"公開(kāi)了一種基于堿液水熱合成技術(shù)制備鈦酸鈉納米結(jié)構(gòu)的方法，即在密閉容器中使用二氧化鈦粉體或者偏鈦酸粉體與氫氧化鈉溶液進(jìn)行水熱反應(yīng)，最終制得具有管狀結(jié)構(gòu)的分散的鈦酸鈉鹽。但該制備方法只能針對(duì)制備出分散的鈦酸鹽結(jié)構(gòu)，并沒(méi)有涉及金屬基體表面的制備。而鈦酸鈉作為一種極具潛力的生物醫(yī)用材料，還很少有應(yīng)用于人工關(guān)節(jié)材料技術(shù)領(lǐng)域。因此尋找合適的工藝在人工關(guān)節(jié)金屬基體表面制備具有特殊結(jié)構(gòu)的鈦酸鈉生物活性涂層，并且增強(qiáng)其功能性和負(fù)載能力，將越來(lái)越受到人工關(guān)節(jié)材料技術(shù)領(lǐng)域的重視。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問(wèn)題本發(fā)明的目的是針對(duì)人工關(guān)節(jié)上述不足，提出一種具有微量元素硒緩釋功能，并且可以顯著提高植入初期人工關(guān)節(jié)表面誘導(dǎo)成骨的能力的人工關(guān)節(jié)及其制備方法。 技術(shù)方案這種能緩釋微量元素硒的生物活性人工關(guān)節(jié)在金屬基體表面有一層采用堿液水熱合成技術(shù)獲得的具有微孔結(jié)構(gòu)的鈦酸鈉生物活性涂層，其表面利用離心負(fù)載技術(shù)復(fù)合有微量元素硒和骨形態(tài)發(fā)生蛋白(BMP)。具微孔結(jié)構(gòu)的鈦酸鈉生物活性涂層與金屬基體結(jié)合強(qiáng)度高，由于鈦酸鈉微孔結(jié)構(gòu)交替堆疊生長(zhǎng)于基體表面，可抑制金屬基體中有
毒金屬離子的析出，而鈦酸鈉微孔結(jié)構(gòu)具有很好的生物活性并且能促進(jìn)磷灰石層的沉積生
長(zhǎng)，同時(shí)微孔結(jié)構(gòu)也是亞硒酸鈉和BMP的理想載體，硒元素?fù)饺牒罂商岣邫C(jī)體免疫力、消炎
能力。BMP可通過(guò)離心力作用與毛細(xì)管效應(yīng)的雙重作用深入滲透到微孔鈦酸鈉涂層中，使人
工關(guān)節(jié)表面BMP的攜帶量大大提高。人工關(guān)節(jié)植入人體后，其表面BMP釋放周期延長(zhǎng)，有利
于BMP誘導(dǎo)成骨作用的充分發(fā)揮。 本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案加以實(shí)現(xiàn) 在這種能緩釋微量元素硒的生物活性人工關(guān)節(jié)金屬基體表面有一層具有微孔結(jié)構(gòu)的鈦酸鈉生物活性涂層，微孔涂層上進(jìn)一步復(fù)合有微量亞硒酸鈉和骨形態(tài)發(fā)生蛋白(BMP)。 所述及的具有微孔結(jié)構(gòu)的鈦酸鈉生物活性涂層與金屬基體表面結(jié)合，由鈦或者鈦合金基體表面與氫氧化鈉溶液進(jìn)行水熱反應(yīng)生成的鈦酸鈉微孔結(jié)構(gòu)相互交替堆疊而成；所述及亞硒酸鈉和BMP由離心負(fù)載技術(shù)復(fù)合于微孔結(jié)構(gòu)涂層中。
其制備的步驟如下 1)首先選用純鈦或者鈦合金加工好人工關(guān)節(jié)； 2)把人工關(guān)節(jié)進(jìn)行表面預(yù)處理，通過(guò)物理打磨拋光以及清洗，然后在水熱條件下獲得具微孔結(jié)構(gòu)的鈦酸鈉生物活性涂層； 3)將具微孔結(jié)構(gòu)的鈦酸鈉生物活性涂層的人工關(guān)節(jié)置于由微量亞硒酸鈉以及骨形態(tài)發(fā)生蛋白和磷酸緩沖鹽溶液組成的混合溶液中，利用離心負(fù)載技術(shù)進(jìn)行表面負(fù)載后，取出。 4)將上述取出人工關(guān)節(jié)用酒精淋洗后，真空干燥，消毒后無(wú)菌保存，備用，即可得本發(fā)明能緩釋微量元素硒的生物活性人工關(guān)節(jié)。 所述的水熱處理采用濃度為5 15mol/L的NaOH水溶液，處理時(shí)間為4 200小時(shí)，處理溫度為60 180攝氏度；所述的離心負(fù)載技術(shù)，采用濃度為5X 10—3 2X 10—2mol/L的亞硒酸鈉以及0. 1 50mg/L的骨形態(tài)發(fā)生蛋白和0. lmol/L的磷酸緩沖鹽溶液組成的混合溶液，工作轉(zhuǎn)速2000 80000rpm，工作時(shí)間5 30min，工作溫度4 40°C 。
有益效果 (1)硒元素具有多種生物學(xué)效應(yīng)，本發(fā)明能緩釋微量元素硒的生物活性人工關(guān)節(jié)由純鈦或鈦合金人工關(guān)節(jié)基體以及負(fù)載有微量亞硒酸鈉和骨形態(tài)發(fā)生蛋白的微孔鈦酸鈉表面層組成。硒元素?fù)饺牒罂商岣邫C(jī)體免疫力、消炎能力。
(2)人工關(guān)節(jié)表面鈦酸鈉生物活性層與金屬基體結(jié)合強(qiáng)度高，并具有理想的微孔結(jié)構(gòu)，并可作為"晶核基面"促進(jìn)磷灰石層的沉積生長(zhǎng)；微孔結(jié)構(gòu)是亞硒酸鈉和BMP理想的載體，既具有消炎等有益作用又有利于BMP誘導(dǎo)成骨作用的充分發(fā)揮。


圖1為本發(fā)明人工關(guān)節(jié)表面具有微孔結(jié)構(gòu)的鈦酸鈉表面層形態(tài)的掃描電鏡(SEM)照片； 圖2是本發(fā)明人工關(guān)節(jié)表面具有微孔結(jié)構(gòu)的鈦酸鈉表面層的X射線(xiàn)衍射(XRD)譜。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1 (1)首先選用Ti6A14V合金加工好人工關(guān)節(jié)； (2)人工關(guān)節(jié)表面水熱處理將人工關(guān)節(jié)打磨拋光，然后用丙酮、70%的酒精、蒸
餾水超聲清洗，采用濃度為10mol/L的氫氧化鈉水溶液進(jìn)行水熱反應(yīng)，工作溫度120攝氏
度，處理時(shí)間為6小時(shí)，在人工關(guān)節(jié)表面獲得具微孔結(jié)構(gòu)的鈦酸鈉生物活性涂層； (3)微量亞硒酸鈉和BMP的離心負(fù)載處理將表面具微孔結(jié)構(gòu)的鈦酸鈉生物活性
涂層的人工關(guān)節(jié)固定于離心筒內(nèi)，倒入5X10—3mol/L的亞硒酸鈉以及0. 1 50mg/L的骨
形態(tài)發(fā)生蛋白和0. lmol/L的磷酸緩沖鹽溶液組成的混合溶液，并淹過(guò)兩倍以上高度，以
6000rpm的離心速度工作時(shí)間5 30min，保持工作溫度4 40。C，取出； (4)將上述取出人工關(guān)節(jié)用酒精淋洗后，真空干燥，消毒后無(wú)菌保存，備用，即可得
本發(fā)明能緩釋微量元素硒的生物活性人工關(guān)節(jié)。
實(shí)施例2 (1)首先選用Ti6A14V合金加工好人工關(guān)節(jié)； (2)人工關(guān)節(jié)表面水熱處理將人工關(guān)節(jié)打磨拋光，然后用丙酮、70%的酒精、蒸
餾水超聲清洗，采用濃度為1Omol/L的氫氧化鈉水溶液進(jìn)行水熱反應(yīng)，工作溫度120攝氏
度，處理時(shí)間為6小時(shí)，在人工關(guān)節(jié)表面獲得具微孔結(jié)構(gòu)的鈦酸鈉生物活性涂層； (3)微量亞硒酸鈉和BMP的離心負(fù)載處理將表面具微孔結(jié)構(gòu)的鈦酸鈉生物活性
涂層的人工關(guān)節(jié)固定于離心筒內(nèi)，倒入5X10—3mol/L的亞硒酸鈉以及0. 1 50mg/L的骨
形態(tài)發(fā)生蛋白和0. lmol/L的磷酸緩沖鹽溶液組成的混合溶液，并淹過(guò)兩倍以上高度，以
8000rpm的離心速度工作時(shí)間5 30min，保持工作溫度4 40。C，取出； (4)將上述取出人工關(guān)節(jié)用酒精淋洗后，真空干燥，消毒后無(wú)菌保存，備用，即可得
本發(fā)明能緩釋微量元素硒的生物活性人工關(guān)節(jié)。
實(shí)施例3 (1)首先選用Ti6A14V合金加工好人工關(guān)節(jié)； (2)人工關(guān)節(jié)表面水熱處理將人工關(guān)節(jié)打磨拋光，然后用丙酮、70%的酒精、蒸餾水超聲清洗，采用濃度為1Omol/L的氫氧化鈉水溶液進(jìn)行水熱反應(yīng)，工作溫度150攝氏度，處理時(shí)間為72小時(shí)，在人工關(guān)節(jié)表面獲得具微孔結(jié)構(gòu)的鈦酸鈉生物活性涂層，其SEM照片和XRD譜分別見(jiàn)圖l和圖2 ;
(3)微量亞硒酸鈉和BMP的離心負(fù)載處理將表面具微孔結(jié)構(gòu)的鈦酸鈉生物活性 涂層的人工關(guān)節(jié)固定于離心筒內(nèi)，倒入5X10—3mol/L的亞硒酸鈉以及0. 1 50mg/L的骨 形態(tài)發(fā)生蛋白和0. lmol/L的磷酸緩沖鹽溶液組成的混合溶液，并淹過(guò)兩倍以上高度，以 6000rpm的離心速度工作時(shí)間5 30min，保持工作溫度4 40。C，取出；
(4)將上述取出人工關(guān)節(jié)用酒精淋洗后，真空干燥，消毒后無(wú)菌保存，備用，即可得
本發(fā)明能緩釋微量元素硒的生物活性人工關(guān)節(jié)。
實(shí)施例4 (1)首先選用Ti6A14V合金加工好人工關(guān)節(jié)； (2)人工關(guān)節(jié)表面水熱處理將人工關(guān)節(jié)打磨拋光，然后用丙酮、70%的酒精、蒸 餾水超聲清洗，采用濃度為1Omol/L的氫氧化鈉水溶液進(jìn)行水熱反應(yīng)，工作溫度150攝氏 度，處理時(shí)間為72小時(shí)，在人工關(guān)節(jié)表面獲得具微孔結(jié)構(gòu)的鈦酸鈉生物活性涂層；
(3)微量亞硒酸鈉和BMP的離心負(fù)載處理將表面具微孔結(jié)構(gòu)的鈦酸鈉生物活性 涂層的人工關(guān)節(jié)固定于離心筒內(nèi)，倒入5X10—3mol/L的亞硒酸鈉以及0. 1 50mg/L的骨 形態(tài)發(fā)生蛋白和0. lmol/L的磷酸緩沖鹽溶液組成的混合溶液，并淹過(guò)兩倍以上高度，以 8000rpm的離心速度工作時(shí)間5 30min，保持工作溫度4 40。C，取出；
(4)將上述取出人工關(guān)節(jié)用酒精淋洗后，真空干燥，消毒后無(wú)菌保存，備用，即可得 本發(fā)明能緩釋微量元素硒的生物活性人工關(guān)節(jié)。 顯然，本發(fā)明的上述實(shí)施例僅僅是為了清楚說(shuō)明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對(duì) 本發(fā)明的實(shí)施方式的限定。對(duì)于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，還可在上述說(shuō)明的基礎(chǔ)上 做出其它不同形式的變化或變動(dòng)，這里無(wú)需也無(wú)法對(duì)所有實(shí)施方式予以窮舉，而這些屬于 本發(fā)明的精神所引申出的顯而易見(jiàn)的變化或變動(dòng)仍處于本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
一種能緩釋微量元素硒的生物活性人工關(guān)節(jié)，其特征在于，所述的能緩釋微量元素硒的生物活性人工關(guān)節(jié)由純鈦或鈦合金人工關(guān)節(jié)金屬基體以及負(fù)載有微量亞硒酸鈉和骨形態(tài)發(fā)生蛋白(BMP)的具有微孔結(jié)構(gòu)的鈦酸鈉表面層組成，所述及的具有微孔結(jié)構(gòu)的鈦酸鈉表面層與金屬基體結(jié)合，由鈦或者鈦合金基體表面與氫氧化鈉溶液水熱反應(yīng)生成的鈦酸鈉微孔結(jié)構(gòu)相互交替堆疊而成。所述及能緩釋微量元素硒的生物活性人工關(guān)節(jié)制備方法按如下步驟進(jìn)行1)首先選用純鈦或者鈦合金加工好人工關(guān)節(jié)；2)把人工關(guān)節(jié)表面打磨拋光，然后采用堿液水熱合成技術(shù)在其表面獲得具微孔結(jié)構(gòu)的鈦酸鈉生物活性層；3)最后采用離心負(fù)載技術(shù)在微孔鈦酸鈉層內(nèi)負(fù)載微量亞硒酸鈉和骨形態(tài)發(fā)生蛋白。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的能緩釋微量元素硒的生物活性人工關(guān)節(jié)的制備方法，其特征 在于所述及的堿液水熱合成技術(shù)，采用濃度為5 15mol/L的NaOH水溶液，處理時(shí)間為4 200小時(shí)，處理溫度為60 180攝氏度。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的能緩釋微量元素硒的生物活性人工關(guān)節(jié)的制備方法，其特征 在于所述及的離心負(fù)載技術(shù)具體操作為將表面具有微孔鈦酸鈉生物活性層的人工關(guān)節(jié)置 于離心機(jī)中，倒入濃度為5X 10—3 2X 10—2mol/L的亞硒酸鈉以及0. 1 50mg/L的骨形態(tài) 發(fā)生蛋白和0. lmol/L的磷酸緩沖鹽溶液組成的混合溶液，并淹過(guò)兩倍以上高度，以2000 80000rpm的離心速度工作5 30min，其間保持工作溫度為4 40°C 。
全文摘要
本發(fā)明是一種能緩釋微量元素硒的生物活性人工關(guān)節(jié)，這種人工關(guān)節(jié)由純鈦或鈦合金人工關(guān)節(jié)基體以及負(fù)載有微量亞硒酸鈉和骨形態(tài)發(fā)生蛋白(BMP)的微孔鈦酸鈉表面層組成。所述及的具有微孔結(jié)構(gòu)的鈦酸鈉層生物活性層與金屬基體表面結(jié)合，由鈦或者鈦合金基體表面與氫氧化鈉溶液水熱反應(yīng)生成的鈦酸鈉微孔結(jié)構(gòu)相互交替堆疊而成，微量亞硒酸鈉和BMP通過(guò)離心力與毛細(xì)管作用復(fù)合于微孔結(jié)構(gòu)中。制備的方法為首先選用純鈦或鈦合金加工好人工關(guān)節(jié)；然后采用堿液水熱合成技術(shù)在鈦人工關(guān)節(jié)表面獲得具有微孔結(jié)構(gòu)的鈦酸鈉層；最后采用離心負(fù)載技術(shù)在微孔鈦酸鈉層內(nèi)負(fù)載亞硒酸鈉和骨形態(tài)發(fā)生蛋白。
文檔編號(hào)A61L27/56GK101732762SQ20101001710
公開(kāi)日2010年6月16日 申請(qǐng)日期2010年1月1日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月1日
發(fā)明者儲(chǔ)成林, 盛曉波 申請(qǐng)人:東南大學(xué)