利用多巴胺連接氧化石墨烯改善純鈦表面生物活性的方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種利用多巴胺連接氧化石墨烯改善純鈦表面生物活性的方法。純鈦片表面粗糙度Ra不大于1μm，先后采用丙酮超聲清洗，去離子水超聲清洗；用硝酸對(duì)其進(jìn)行酸處理、去離子水清洗后，利用氫氧化鈉在40-80℃下對(duì)試樣堿處理；配置多巴胺-三羥甲基氨基甲烷溶液為pH＝8.5；將處理的純鈦試樣浸泡在配置的多巴胺溶液中，室溫靜置12h-24h；將試樣取出，并用去離子水清洗，室溫干燥，制備得到鈦/多巴胺試樣；將鈦/多巴胺試樣浸泡在氧化石墨烯水溶液中，室溫靜置12h-24h；取出后用去離子水清洗，室溫干燥，制得鈦/多巴胺/氧化石墨烯試樣。本方法操作簡(jiǎn)單，可批量生產(chǎn)，且綠色無(wú)污染，為鈦材料的表面改性拓寬了渠道。
【專(zhuān)利說(shuō)明】利用多巴胺連接氧化石墨烯改善純鈦表面生物活性的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及純鈦表面氧化石墨烯層的制備方法，具體的說(shuō)是一種利用多巴胺連接 氧化石墨烯改善純鈦表面生物活性的方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 鈦及其合金由于其密度低，且彈性模量和骨相近已被廣泛的應(yīng)用于生物材料領(lǐng)域 [1](參見(jiàn)：梁芳慧等.利用預(yù)鈣化處理提高堿熱處理多孔鈦的表面生物活性[J].稀有金屬 材料與工程，2004, 33 (10) : 1359-1364)，成為植入材料的良好選擇。然而，鈦及其合金為生 物惰性材料，植入人體后，與骨之間多為物理結(jié)合[2](參見(jiàn)：王小紅等.Ti02納米管晶型對(duì) 鈦生物活性的影響[J].功能材料，2013,9 (44) :1013-1018)，鈦材料本身的生物活性差，不 能實(shí)現(xiàn)植入物與人體之間的有機(jī)結(jié)合。針對(duì)這一問(wèn)題，目前的研究重點(diǎn)集中在植入物表面 涂覆生物活性涂層，如羥基磷灰石等，改善鈦植入體的生物活性。
[0003] 氧化石墨烯（G0)由于其本身的高硬度和彈性模量，及其多樣的含氧基團(tuán)，易于被 修飾，成為生物因子的優(yōu)良載體。多巴胺由于其自身帶有酚羥基、氨基等官能團(tuán)，而且可以 通過(guò)自聚合作為中間介質(zhì)應(yīng)用到金屬與有機(jī)或無(wú)機(jī)物質(zhì)等的連接上。同時(shí)，多巴胺為人體 固有大分子物質(zhì)，且聚合條件溫和，所以已廣泛應(yīng)用到生物材料的相關(guān)研究上。
[0004] 目前國(guó)內(nèi)對(duì)氧化石墨烯的研究才剛剛起步，主要集中在氧化石墨烯（G0)本身的 功能化，將其應(yīng)用于金屬基體的研究還未有報(bào)道。本文從氧化石墨烯能夠增加鈣磷鹽在表 面的沉積，促進(jìn)細(xì)胞在材料表面增值分化的角度出發(fā)，促使植入物與人體的融合。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明涉及一種利用多巴胺連接氧化石墨烯改善純鈦表面生物活性的方法。包括 以下步驟：
[0006] 1)純鈦片表面粗糙度Ra不大于1 μ m，先后采用丙酮超聲清洗，去離子水超聲清 洗；然后用硝酸對(duì)再進(jìn)行酸處理、去離子水清洗后，再利用氫氧化鈉在40-80°C條件下對(duì)試 樣進(jìn)行堿處理；
[0007] 2)配置多巴胺-三羥甲基氨基甲烷溶液為pH = 8. 5 ;
[0008] 3)將步驟1)中處理的純鈦試樣浸泡在步驟2)中配置的多巴胺溶液中，室溫靜置 12h_24h ;將試樣取出，并用去離子水清洗，室溫干燥，制備得到鈦/多巴胺試樣。
[0009] 4)將鈦/多巴胺試樣浸泡在氧化石墨烯水溶液中，室溫靜置12h-24h ;取出后用去 離子水清洗，室溫干燥，制得鈦/多巴胺/氧化石墨烯試樣。
[0010] 純鈦片優(yōu)選經(jīng)水砂紙打磨光滑，使其表面粗糙度Ra不大于1 μ m ;
[0011] 優(yōu)選硝酸（ΗΝ03)對(duì)試樣進(jìn)行10-30min酸處理；
[0012] 優(yōu)選5m〇l/L-10m〇l/L的氫氧化鈉對(duì)試樣進(jìn)行堿處理。
[0013] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：
[0014] 本方法與在鈦材料表面涂覆生物活性涂層的方法相比，其操作方法更為簡(jiǎn)單，可 批量生產(chǎn)，且實(shí)驗(yàn)過(guò)程綠色無(wú)污染，所選用的材料對(duì)人體無(wú)毒性。一方面，氧化石墨烯可促 進(jìn)鈣磷鹽沉積，誘導(dǎo)細(xì)胞的增值分化，促進(jìn)細(xì)胞在植入體表面生長(zhǎng)；另一方面，可利用氧化 石墨烯表面多樣的含氧官能團(tuán)進(jìn)一步修飾其他生物因子，為鈦材料的表面改性拓寬了渠 道。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0015] 圖1實(shí)驗(yàn)過(guò)程示意圖；
[0016] 圖2酸堿處理后純鈦表面顯微形貌；
[0017] 圖3鈦/多巴胺表面顯微形貌；
[0018] 圖4鈦/多巴胺/氧化石墨烯表面顯微形貌；
[0019] 圖5純鈦表面氧化石墨烯層的拉曼圖譜；
[0020] 圖6多巴胺、氧化石墨烯、鈦/多巴胺/氧化石墨烯的紅外光譜圖；
[0021] 圖7步驟一制得的酸堿處理純鈦試樣、步驟三中制得的鈦/多巴胺試樣、鈦/多巴 胺/氧化石墨烯試樣分別在37°C，SBF溶液中浸泡28天的表面形貌分別為（a)、（b)、（c)。

【具體實(shí)施方式】
[0022] 下面結(jié)合【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)地描述。
[0023] 本發(fā)明通過(guò)多巴胺作為中間介質(zhì)連接氧化石墨烯修飾純鈦的技術(shù)路線是：前處理 -表面預(yù)處理一浸漬2. 0-3. Og/L的多巴胺-三羥甲基氨基甲烷溶液一浸漬2. 0-3. Og/L的 氧化石墨烯溶液。
[0024] 本發(fā)明設(shè)計(jì)的制備方法步驟如下：
[0025] 1、將純鈦片經(jīng)水砂紙打磨，使其表面粗糙度Ra不大于1 μ m，先后采用丙酮、去離 子水超聲清洗。采用硝酸（ΗΝ03)浸泡試樣10min-20min，除去表面氧化物。水洗后，將試樣 浸入40-80°C,5-10mol/L的氫氧化鈉（NaOH)溶液中處理30min-45min,取出后，用去離子水 洗凈表面殘留氫氧化鈉，室溫干燥。制得酸堿處理純鈦試樣。
[0026] 2、配置2. 0-3. Og/L多巴胺-三羥甲基氨基甲烷（DA-Tris)溶液。
[0027] 3、將處理過(guò)的純鈦試樣先浸入多巴胺溶液中，室溫靜置12h_24h，制備得到鈦/多 巴胺試樣。取出后，經(jīng)去離子水清洗，再次浸入2. 0-3. Og/L的氧化石墨烯水溶液中，室溫靜 置12h-24h。取出后，采用去離子水清洗，并室溫晾干。制得鈦/多巴胺/氧化石墨烯試樣。
[0028] 以下通過(guò)實(shí)施例講述本發(fā)明的具體制備過(guò)程。實(shí)施例是為了更好的說(shuō)明實(shí)驗(yàn)步驟 和相關(guān)問(wèn)題，是在以本發(fā)明技術(shù)為前提的條件下提出的。相關(guān)技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明宗 旨的前提下做出的各種替換、變化和修改等，均屬于本發(fā)明保護(hù)范圍。
[0029] 實(shí)施例1 :
[0030] 1)將純鈦試樣用水砂紙打磨光滑，使其表面粗糙度Ra不大于1 μ m，而后采用丙 酮、去離子水超聲清洗。采用硝酸（ΗΝ03)(體積分?jǐn)?shù)20% )浸泡試樣10min，除去表面氧化 物。水洗后，將試樣浸入40°C，5mol/L的氫氧化鈉（NaOH)溶液中處理45min，取出后，用去 離子水洗凈表面殘留氫氧化鈉，室溫干燥。制得酸堿處理純鈦試樣。
[0031] 2)2. 0g/L多巴胺-三羥甲基氨基甲烷溶液（DA-Tris)的配置：首先配置pH = 8. 5， 10mm〇l/L的三羥甲基氨基甲烷（Tris)緩沖溶液。取1.21g三羥甲基氨基甲烷粉末溶解于 800ml去離子水中，用lmol/L的鹽酸（HC1)調(diào)節(jié)溶液pH = 8. 5,再將溶液倒入1000ml容量 瓶進(jìn)行定容。而后，取適量鹽酸多巴胺配置2. Og/L的溶液即可。
[0032] 3)將處理過(guò)的純鈦試樣先浸入多巴胺溶液中，室溫靜置24h，制備得到鈦/多巴胺 試樣。取出后，經(jīng)去離子水清洗，再浸入2. Og/L的氧化石墨烯水溶液中，室溫靜置24h。取 出后，采用去離子水清洗，并室溫晾干。制得鈦/多巴胺/氧化石墨烯試樣。
[0033] 實(shí)驗(yàn)過(guò)程如附圖1所示。將實(shí)施例1酸堿處理后的試樣，在掃描電子顯微鏡（S4800 型）下進(jìn)行觀察，從附圖2中可以看到試樣表面已經(jīng)形成多孔結(jié)構(gòu)。當(dāng)試樣在多巴胺--三 羥甲基氨基甲烷溶液（DA-Tris)中浸泡后，試樣形貌如附圖3所示，原本表面的多孔結(jié)構(gòu)消 失，試樣表面被多巴胺全部覆蓋。而將多巴胺處理后的試樣浸入氧化石墨烯之后，其形貌如 附圖4中所示，表面出現(xiàn)了氧化石墨烯特征的褶皺結(jié)構(gòu)。
[0034] 隨后對(duì)鈦/多巴胺/氧化石墨烯處理后的試樣進(jìn)行拉曼（激光顯微拉曼DXR Microscope)表征，附圖5顯示在材料表面出現(xiàn)了 ΠδΟαιΓ1，和WOOcnT1處的類(lèi)石墨特征峰， 說(shuō)明氧化石墨烯已經(jīng)牢固結(jié)合到了純鈦表面。而通過(guò)對(duì)比氧化石墨烯原料與鈦/多巴胺/ 氧化石墨烯拉曼譜圖，發(fā)現(xiàn)后者具有較高的熒光背景，這也說(shuō)明了后者中多巴胺的存在。
[0035] 對(duì)多巴胺、氧化石墨烯和鈦/多巴胺/氧化石墨烯做進(jìn)一步的紅外分析 (Nicolet6700)，如附圖6。在多巴胺的紅外譜圖中出現(xiàn)了 -NH-(1620cm-l，1504cm-l) 特征峰，氧化石墨烯圖譜中則出現(xiàn)了 C = 0(1629cm_l), -〇H(1462cm_l)，1390cm_l), C-0(1132Cm-l，1096cm-l)等含氧官能團(tuán)的特征峰。而在鈦/多巴胺/氧化石墨烯中則出現(xiàn) 了 _0H(1385cm-l)，_C-〇-(1260cm-l)和-C-N-(1081cm-l)，證明多巴胺和氧化石墨稀已經(jīng) 形成了牢固的化學(xué)連接。但在鈦/多巴胺/氧化石墨烯紅外譜圖中，氧化石墨烯中1462cm-l 的-0H特征峰消失，說(shuō)明氧化石墨烯的含氧官能團(tuán)減少，氧化石墨烯可能被多巴胺部分還 原。多巴胺中位于1504cm-l處的-NH特征峰消失，這可能緣于多巴胺中的部分-NH 2發(fā)生斷 裂，與氧化石墨烯形成新的化學(xué)鍵。另外，鈦/多巴胺/氧化石墨烯位于3341cm-l處的-0H 特征峰相比于氧化石墨烯強(qiáng)度下降，這可能也是由于部分-0H在反應(yīng)中被移除所造成的。
[0036] 將步驟一中制備的酸堿處理純鈦試樣、步驟三中制備的鈦/多巴胺和鈦/多巴胺 /氧化石墨烯試樣在37°C，SBF溶液（配置方法按照Tadashi Kokubo. How useful is SBF in predicting in vivo bone bioactivity ? [J]. Biomaterials, 2006, 27:2907-2915.) 中浸泡28天，其形貌分別如附圖7中（a) (b) (c)所示，可見(jiàn)相同時(shí)間鈦/多巴胺/氧化石 墨烯表面形成的鈣磷鹽沉積最多，鈦/多巴胺和酸堿處理純鈦表面形成的鈣磷鹽較少，說(shuō) 明氧化石墨烯有助于改善純鈦表面的生物活性。
[0037] 實(shí)施例2 :
[0038] 1)將純鈦試樣經(jīng)600、1000、2000、2500目水砂紙打磨光滑，先后采用丙酮、去離子 水超聲清洗。采用硝酸（ΗΝ0 3)(體積分?jǐn)?shù)20% )浸泡試樣15min，除去表面氧化物。水洗 后，將試樣浸入60°C，7mol/L氫氧化鈉（NaOH)溶液中處理40min，取出后，用去離子水洗凈 表面殘留氫氧化鈉，室溫干燥。制得酸堿處理純鈦試樣。
[0039] 2)2. 5g/L多巴胺-三羥甲基氨基甲烷溶液（DA-Tris)的配置：首先配置pH = 8. 5 的三羥甲基氨基甲烷緩沖溶液。取1. 21g三羥甲基氨基甲烷粉末溶解于800ml去離子水中， 用lmol/L鹽酸（HC1)調(diào)節(jié)溶液pH = 8. 5,再將溶液倒入1000ml容量瓶進(jìn)行定容。而后，取 適量鹽酸多巴胺配置2. 0g/L的溶液即可。
[0040] 3)將處理過(guò)的純鈦試樣先浸入多巴胺溶液中，室溫靜置12h，制備得到鈦/多巴胺 試樣。取出后，經(jīng)去離子水清洗，再次浸入2. 5g/L的氧化石墨烯水溶液中，室溫靜置12h。 取出后，采用去離子水清洗，并室溫晾干。制得鈦/多巴胺/氧化石墨烯試樣。
[0041] 實(shí)施例3:
[0042] 1)將純鈦試樣經(jīng)600、1000、2000、2500目水砂紙打磨光滑，先后采用丙酮、去離子 水超聲清洗。采用硝酸（ΗΝ0 3)(體積分?jǐn)?shù)20% )浸泡試樣20min，除去表面氧化物。水洗 后，將試樣浸入80°C，10mol/L氫氧化鈉（NaOH)溶液中處理30min，取出后，用去離子水洗凈 表面殘留氫氧化鈉，室溫干燥。制得酸堿處理純鈦試樣。
[0043] 2)3.0g/L多巴胺-三羥甲基氨基甲烷溶液（DA-Tris)的配置：首先配置pH = 8.5 的三羥甲基氨基甲烷緩沖溶液。取1. 21g三羥甲基氨基甲烷粉末溶解于800ml去離子水中， 用lmol/L鹽酸（HC1)調(diào)節(jié)溶液pH = 8. 5,再將溶液倒入1000ml容量瓶進(jìn)行定容。而后，取 適量鹽酸多巴胺配置3. Og/L的溶液即可。
[0044] 3)將處理過(guò)的純鈦試樣先浸入多巴胺溶液中，室溫靜置16h，制備得到鈦/多巴胺 試樣。取出后，經(jīng)去離子水清洗，再次浸3. Og/L氧化石墨烯水溶液中，室溫靜置16h。取出 后，采用去離子水清洗，并室溫晾干。制得鈦/多巴胺/氧化石墨烯試樣。
【權(quán)利要求】
1. 一種利用多巴胺連接氧化石墨烯改善純鈦表面生物活性的方法；其特征是步驟如 下 1) 純鈦片表面粗糙度Ra不大于1 μ m，先后采用丙酮超聲清洗，去離子水超聲清洗；然 后用硝酸對(duì)其進(jìn)行酸處理、去離子水清洗后，再利用氫氧化鈉在40-80°C條件下對(duì)試樣進(jìn)行 堿處理； 2) 配置多巴胺-三羥甲基氨基甲烷溶液為pH = 8. 5 ; 3) 將步驟1)中處理的純鈦試樣浸泡在步驟2)中配置的多巴胺溶液中，室溫靜置 12h-24h ;將試樣取出，并用去離子水清洗，室溫干燥，制備得到鈦/多巴胺試樣。 4) 將鈦/多巴胺試樣浸泡在氧化石墨烯水溶液中，室溫靜置12h-24h ;取出后用去離子 水清洗，室溫干燥，制得鈦/多巴胺/氧化石墨烯試樣。
【文檔編號(hào)】A61L27/54GK104141124SQ201410269985
【公開(kāi)日】2014年11月12日 申請(qǐng)日期:2014年6月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月17日
【發(fā)明者】高穎錕, 李朝陽(yáng), 朱勝利, 梁硯琴, 崔振鐸, 楊賢金 申請(qǐng)人:天津大學(xué)