一種基于雜化膠束的生物納米涂層制備方法
【專利摘要】本文發(fā)明了一種基于雜化膠束的生物納米涂層制備方法，該制備方法包括：利用天然大分子及改性天然大分子自組裝得到包覆無機(jī)納米粒子的雜化膠束；以雜化膠束為功能模板，通過恒電位電沉積技術(shù)將雜化膠束固定在醫(yī)用金屬表面，得到基于自組裝雜化膠束的生物納米涂層材料。該方法過程簡單，條件溫和，易于大批量生產(chǎn)。
【專利說明】
一種基于雜化膠束的生物納米涂層制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及高分子科學(xué)和生物涂層相結(jié)合領(lǐng)域，尤其涉及一種基于雜化膠束的生物納米涂層制備方法。
技術(shù)背景
[0002]醫(yī)用金屬材料以其高強(qiáng)韌性、耐疲勞、易加工成形性等優(yōu)良的綜合性能，一直是臨床上用量最大和應(yīng)用廣泛的一類生物醫(yī)用材料。醫(yī)用金屬材料是需要承受較高栽荷的骨、齒等硬組織以及介入治療支架的首選植入材料，已大量應(yīng)用于骨科、齒科、介入治療等重要醫(yī)療領(lǐng)域中的各類植入醫(yī)療器械(Journal of B1materials and Tissue Engineering,2012,2,259-268)。目前醫(yī)用金屬材料中用量最大、應(yīng)用范圍最廣的是不銹鋼、鈦及鈦合金、鈷基合金3大類材料，在醫(yī)用金屬材料的生產(chǎn)和臨床應(yīng)用中占有舉足輕重的地位。然而，目前臨床應(yīng)用的醫(yī)用金屬材料在生物體中一般表現(xiàn)為生物惰性，不具備生物活性，因此往往需要通過對其進(jìn)行表面改性，來達(dá)到其具備一定生物活性，進(jìn)而提高其臨床使用性能的目的(B1materials,2004,25,1003-1010)。
[0003]天然大分子包括核酸、蛋白質(zhì)、聚多肽、聚多糖等，由分子量小于500的單體通過聚合作用形成的大分子，具有優(yōu)異的生物相容性、生物可降解性、細(xì)胞相容性、成膜性、及無毒性(Journal of Controlled Release，2000,64,63-79)。在化妝品、食品、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。此外，對于多數(shù)天然大分子而言，其分子鏈上均含有大量可改性的化學(xué)基團(tuán)，可通過化學(xué)改性制備具有功能特性的天然大分子，進(jìn)而拓寬其應(yīng)用領(lǐng)域(ChemicalSociety Reviews，2013,42,4623-4639)?；诖?，如使用天然大分子對醫(yī)用金屬材料進(jìn)行表面改性，制備功能涂層材料，可賦予生物惰性的醫(yī)用金屬以表面活性，但由于天然大分子機(jī)械性能欠佳，因而其在使用過程中常需引入其他無機(jī)復(fù)合物。
[0004]無機(jī)納米粒子如納米輕基磷灰石、納米氧化鋅等等。在生物涂層領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用前景，其不但具有優(yōu)異的生物學(xué)性能，還具有良好的機(jī)械穩(wěn)定性(Journal ofMaterials Research, 1998，13,94-117)。但由于無機(jī)粒子是剛性粒子，應(yīng)用于涂層領(lǐng)域時成膜性能較差。如將其與天然大分子復(fù)合，則可形成優(yōu)勢互補(bǔ)的效應(yīng)，制備性能優(yōu)異的涂層材料(European Polymer Journal, 2006,42,3171-3179)。但目前常用的方法是將無機(jī)納米粒子與天然大分子鏈進(jìn)行復(fù)合，然后制備涂層材料，涂層中兩種組分的分配不均易導(dǎo)致涂層產(chǎn)生微相分離。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，本
【申請人】發(fā)明了一種基于雜化膠束的生物納米涂層制備方法。將天然大分子(改性天然大分子)與無機(jī)納米粒子通過自組裝技術(shù)制備均一穩(wěn)定的雜化膠束，進(jìn)一步結(jié)合恒電位電沉積技術(shù)將雜化膠束固定在醫(yī)用金屬表面，制備性能優(yōu)異的生物納米涂層。本制備方法將大分子自組裝技術(shù)與恒電位電沉積技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合在一起，操作簡單，實(shí)用性強(qiáng)，使用范圍廣。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0007]一種基于雜化膠束的生物納米涂層制備方法，具體制備步驟如下:
[0008](I)在O?100°C，常壓下，將天然大分子溶于良溶劑中，溶解完成后向天然大分子溶液中加入適量濃度的無機(jī)納米粒子，待形成均一穩(wěn)定的混合溶液，通過調(diào)節(jié)上述混合溶液的PH值誘導(dǎo)體系發(fā)生自組裝，制備雜化膠束;也可通過選擇合適的功能小分子和引發(fā)劑，對天然大分子進(jìn)行化學(xué)改性，得到改性天然大分子，進(jìn)一步將改性天然大分子溶于良溶劑制備均一溶液，向上述溶液中加入無機(jī)納米粒子，待形成均一穩(wěn)定的混合溶液，通過向混合溶液中加入適量沉淀劑促使混合溶液發(fā)生自組裝，制備雜化膠束；
[0009]所述的天然大分子選自殼聚糖、殼聚糖季銨鹽、透明質(zhì)酸、纖維素、海藻酸鈉、聚谷氨酸、葡聚糖、淀粉、蛋白質(zhì)、甲殼素、肝素、明膠中的一種或幾種；混合溶液的PH值通過乳酸、鹽酸、硫酸、氫氧化鈉、三乙胺、乙酸中的一種進(jìn)行調(diào)節(jié)；
[0010]所述的功能小分子選自7-氨基-4-甲基香豆素、7-羥基香豆素、肉桂酸、咖啡酸、阿魏酸、肉桂酸乙酯、阿魏酸乙酯、姜黃素、肉桂酸甲酯、肉桂酰氯、鹽酸多巴胺、甲基多巴、左旋多巴、卡比多巴、苯硼酸、檸檬酸中的一種或幾種;所述的引發(fā)劑為N-羥基琥珀酰亞胺、1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亞胺鹽酸鹽、1-羥基苯并三氮唑、N，N_ 二環(huán)己基碳二亞胺、4-二甲氨基吡啶中的一種或幾種；
[0011]所述的無機(jī)納米粒子選自:納米氧化鋅、納米二氧化鈦、納米輕基磷灰石、納米四氧化三鐵中的一種；所述的良溶劑選自:N，N-二甲基甲酰胺、二甲亞砜、甲烷磺酸、四氫呋喃、I，4_二氧六環(huán)、石油醚中、氯仿的一種;所述的沉淀劑選自:水、乙醇、正丁醇、正丙醇、異丙醇、異丁醇、丙酮中的一種或幾種；
[0012](2)以步驟(I)中所制備的雜化膠束為功能模板，采用恒電位電沉積技術(shù)將雜化膠束固定在醫(yī)用金屬表面，得到基于自組裝雜化膠束的生物納米涂層；
[0013]所述的丨旦電位電沉積電壓為-600V?600V，沉積時間為0.18?60!11；[11;所用的醫(yī)用金屬選自鈦及鈦合金、鈷基合金、鎂及鎂合金、316L不銹鋼中的一種或幾種。
[OOM] 步驟(I)中天然大分子的濃度為0.01?20mg/mL，所加入的無機(jī)納米粒子濃度范圍為0.0I?20mg/mL，pH誘導(dǎo)自組裝過程中溶液的pH值范圍在I?12;功能小分子、引發(fā)劑、及天然大分子單元的反應(yīng)摩爾比為2:1:1?20: 2:1，所制備的改性天然大分子溶液濃度為
0.0I?30mg/mL，所加入的無機(jī)納米粒子濃度為0.0I?30mg/mL，自組裝過程中沉淀劑的加入量為良溶劑的0.5?20倍;天然大分子或改性天然大分子與無機(jī)納米粒子所形成的均一混合溶液通過磁力攪拌、超聲分散、機(jī)械攪拌中的一種或幾種來實(shí)現(xiàn)，所采用的無機(jī)納米粒子的粒徑范圍為I?600nm，所制備的雜化膠束的粒徑范圍在20?I OOOnm。
[0015]步驟(2)中所制備的生物納米涂層材料的厚度在5nm?ΙΟΟΟμπι，涂層具有優(yōu)異的生物相容性及細(xì)胞相容性;通過控制原料配比、雜化膠束濃度，或恒電位電沉積的條件，可以調(diào)控醫(yī)用金屬表面涂層材料的微結(jié)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)涂層材料的實(shí)用性能。
[0016]本發(fā)明的有益效果在于:
[0017]本發(fā)明利用天然大分子或改性天然大分子與無機(jī)納米粒子通過自組裝制備穩(wěn)定的雜化膠束，該膠束粒子相比于單純的無機(jī)粒子而言就有優(yōu)異的成膜性，相比于單純大分子膠束而言具有更好的機(jī)械穩(wěn)定性;進(jìn)一步通過恒電位電沉積制備生物納米涂層材料，涂層兼具生物相容性、生物可降解性、細(xì)胞相容性、及功能特性(如促進(jìn)組織生長、抗菌等)。
【附圖說明】
[0018]附圖1為實(shí)施例2中的生物納米涂層的SEM形貌圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]以下結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但本發(fā)明并不局限于此。
[0020]實(shí)施例1
[0021]—種基于雜化膠束的生物納米涂層制備方法，具體制備步驟如下:
[0022](I)在室溫常壓下，將殼聚糖季銨鹽溶于水形成10mg/mL溶液，向上述溶液中加入1mg/mL濃度的納米二氧化鈦(粒徑10nm)，磁力攪拌得到均一穩(wěn)定的混合溶液，使用氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)混合溶液的PH=S誘導(dǎo)體系發(fā)生自組裝，制備雜化膠束；
[0023](2)以步驟(I)中所制備的雜化膠束為功能模板，采用恒電位電沉積技術(shù)在-30V電壓下沉積lOmin，將雜化膠束固定在醫(yī)用鈦合金表面，得到基于自組裝雜化膠束的生物納米涂層。
[0024]實(shí)施例2
[0025]—種基于雜化膠束的生物納米涂層制備方法，具體制備步驟如下:
[0026](I)將聚谷氨酸(Imol)溶解在二甲亞砜溶液中形成溶液，依次加入催化劑1_乙基_(3-二甲基氨基丙基)碳二亞胺鹽酸鹽(Imol)、1-羥基苯并三唑(Imol)、及光敏小分子7-氨基-4-甲基香豆素(2mol)，70°C下反應(yīng)24小時，得到改性聚谷氨酸，進(jìn)一步將改性聚谷氨酸溶于良溶劑二甲亞砜形成5mg/mL溶液，向上述溶液中加入0.lmg/mL納米輕基磷灰石(粒徑10nm)，超聲分散得到均一穩(wěn)定的混合溶液，向混合溶液中加入2倍體積的沉淀劑乙醇促使混合溶液發(fā)生自組裝，制備雜化膠束；
[0027](2)以步驟(I)中所制備的雜化膠束為功能模板，采用恒電位電沉積技術(shù)在150V電壓下沉積30min，將雜化膠束固定在醫(yī)用鎂合金表面，得到基于自組裝雜化膠束的生物納米涂層，涂層的SHM形貌圖如附圖1所示。
[0028]實(shí)施例3
[0029]—種基于雜化膠束的生物納米涂層制備方法，具體制備步驟如下:
[0030](I)在室溫常壓下，將海藻酸鈉溶于水中形成3mg/mL溶液，溶解完成后向海藻酸鈉溶液中加入lmg/mL濃度的納米氧化鋅(粒徑1nm)，通過機(jī)械攪拌獲得均一穩(wěn)定的混合溶液，用鹽酸調(diào)節(jié)上述混合溶液的PH=3誘導(dǎo)體系發(fā)生自組裝，制備雜化膠束；
[0031](2)以步驟(I)中所制備的雜化膠束為功能模板，采用恒電位電沉積技術(shù)在10V電壓下沉積Is將雜化膠束固定在醫(yī)用316L不銹鋼表面，得到基于自組裝雜化膠束的生物納米涂層。
[0032]實(shí)施例4
[0033]—種基于雜化膠束的生物納米涂層制備方法，具體制備步驟如下:
[0034](I)將殼聚糖(Imol)溶解在甲烷磺酸溶液中形成溶液，依次加入催化劑1-乙基_(3-二甲基氨基丙基)碳二亞胺鹽酸鹽(2mol)、4-二甲氨基吡啶(2mol)、及光敏小分子咖啡酸(1mol)，0°C下反應(yīng)24小時，得到改性殼聚糖，進(jìn)一步將改性殼聚糖溶于甲烷磺酸形成20mg/mL溶液，向上述溶液中加入10mg/mL納米四氧化三鐵(500nm)，磁力攪拌分散得到均一穩(wěn)定的混合溶液，向混合溶液中加入10倍體積的沉淀劑水促使混合溶液發(fā)生自組裝，制備雜化膠束；
[0035](2)以步驟(I)中所制備的雜化膠束為功能模板，采用恒電位電沉積技術(shù)在-100V電壓下沉積lmin，將雜化膠束固定在醫(yī)用鈷合金表面，得到基于自組裝雜化膠束的生物納米涂層。
[0036]上述實(shí)施例用來解釋說明本發(fā)明，而不是對本發(fā)明進(jìn)行限制，在本發(fā)明的精神和權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)，對本發(fā)明作出的任何修改和改變，都落入本明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于雜化膠束的生物納米涂層制備方法，其特征在于具體制備步驟如下: (1)在O?100°C，常壓下，將天然大分子溶于良溶劑中，溶解完成后向天然大分子溶液中加入適量濃度的無機(jī)納米粒子，待形成均一穩(wěn)定的混合溶液，通過調(diào)節(jié)上述混合溶液的PH值誘導(dǎo)體系發(fā)生自組裝，制備雜化膠束； 也可通過選擇合適的功能小分子和引發(fā)劑，對天然大分子進(jìn)行化學(xué)改性，得到改性天然大分子，進(jìn)一步將改性天然大分子溶于良溶劑制備均一溶液，向上述溶液中加入無機(jī)納米粒子，待形成均一穩(wěn)定的混合溶液，通過向混合溶液中加入適量沉淀劑促使混合溶液發(fā)生自組裝，制備雜化膠束； 所述的天然大分子選自殼聚糖、殼聚糖季銨鹽、透明質(zhì)酸、纖維素、海藻酸鈉、聚谷氨酸、葡聚糖、淀粉、蛋白質(zhì)、甲殼素、肝素、明膠中的一種或幾種;混合溶液的PH值通過乳酸、鹽酸、硫酸、氫氧化鈉、三乙胺、乙酸中的一種進(jìn)行調(diào)節(jié)； 所述的功能小分子選自7-氨基-4-甲基香豆素、7-羥基香豆素、肉桂酸、咖啡酸、阿魏酸、肉桂酸乙酯、阿魏酸乙酯、姜黃素、肉桂酸甲酯、肉桂酰氯、鹽酸多巴胺、甲基多巴、左旋多巴、卡比多巴、苯硼酸、檸檬酸中的一種或幾種;所述的引發(fā)劑為N-羥基琥珀酰亞胺、1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亞胺鹽酸鹽、1-羥基苯并三氮唑、N，N-二環(huán)己基碳二亞胺、4-二甲氨基吡啶中的一種或幾種； 所述的無機(jī)納米粒子選自:納米氧化鋅、納米二氧化鈦、納米輕基磷灰石、納米四氧化三鐵中的一種;所述的良溶劑選自:N，N-二甲基甲酰胺、二甲亞砜、甲烷磺酸、四氫呋喃、I，4-二氧六環(huán)、石油醚中、氯仿的一種;所述的沉淀劑選自:水、乙醇、正丁醇、正丙醇、異丙醇、異丁醇、丙酮中的一種或幾種； (2)以步驟(I)中所制備的雜化膠束為功能模板，采用恒電位電沉積技術(shù)將雜化膠束固定在醫(yī)用金屬表面，得到基于自組裝雜化膠束的生物納米涂層； 所述的丨旦電位電沉積電壓為-600V?600V，沉積時間為0.18?60!11；[11;所用的醫(yī)用金屬選自鈦及鈦合金、鈷基合金、鎂及鎂合金、316L不銹鋼中的一種或幾種。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于雜化膠束的生物納米涂層制備方法，其特征在于步驟(I)中天然大分子的濃度為0.0I?20mg/mL，所加入的無機(jī)納米粒子濃度范圍為0.0I?20mg/mL，pH誘導(dǎo)自組裝過程中溶液的pH值范圍在I?12。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于雜化膠束的生物納米涂層制備方法，其特征在于步驟(I)中功能小分子、引發(fā)劑、及天然大分子單元的反應(yīng)摩爾比為2:1:1?20:2:1，所制備的改性天然大分子溶液濃度為0.01?30mg/mL，所加入的無機(jī)納米粒子濃度為0.01?30mg/mL，自組裝過程中沉淀劑的加入量為良溶劑的0.5?20倍。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于雜化膠束的生物納米涂層制備方法，其特征在于步驟(I)中天然大分子或改性天然大分子與無機(jī)納米粒子所形成的均一混合溶液通過磁力攪拌、超聲分散、機(jī)械攪拌中的一種或幾種來實(shí)現(xiàn)，所采用的無機(jī)納米粒子的粒徑范圍為I?600nm，所制備的雜化膠束的粒徑范圍在20?lOOOnm。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于雜化膠束的生物納米涂層制備方法，其特征在于步驟(2)中所制備的生物納米涂層材料的厚度在5nm?ΙΟΟΟμπι，涂層具有優(yōu)異的生物相容性及細(xì)胞相容性。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于雜化膠束的生物納米涂層制備方法，其特征在于通過控制原料配比、雜化膠束濃度，或恒電位電沉積的條件，可以調(diào)控醫(yī)用金屬表面涂層材料的微結(jié)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)涂層材料的實(shí)用性能。
【文檔編號】C25D9/02GK106046950SQ201610497177
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年6月29日
【發(fā)明人】劉曉亞, 孫家娣, 朱葉, 顧瑤, 石甜甜
【申請人】江南大學(xué)