一種醫用鎂合金的表面改性方法與流程
2023-10-18 15:56:59 1
本發明涉及生物材料的技術領域，具體涉及一種醫用鎂合金的表面改性方法。
背景技術：
冠狀動脈粥樣硬化性心臟病（常簡稱為冠心病）是冠狀動脈發生粥樣硬化病變而引起血管管腔狹窄或阻塞，造成心肌缺血、缺氧或壞死的心臟病。血管支架植入是目前治療由於血管狹窄引發的冠心病的臨床主要方法。目前用於血管支架製備的材料主要有不鏽鋼、鎳鈦合金、鈷鉻合金、鉑銥合金等，但這些材料均為惰性材料，植入後將作為異物永久存留在體內，會不同程度地引發炎症、血栓形成、血管內膜增生等問題，從而導致支架內再狹窄。儘管各種表面改性技術以及藥物塗層支架的應用在一定程度上降低了不可降解支架植入後的風險，但其臨床應用效果尤其是長期應用效果仍然不盡滿意。
鎂合金材料具有良好的力學性能、可生物降解性能以及降解產物對人體無毒等特點，在心血管支架方面具有巨大的應用潛力，但是，鎂在複雜體內生理環境下降解過快以及由於植入後血液成分及內皮細胞功能改變導致的表面血栓形成、內皮功能紊亂等問題常常導致植入失敗。由於鎂合金的腐蝕行為與生物相容性都與鎂合金的表面性質密切相關，表面改性是目前同時提高鎂合金耐蝕性能和生物相容性的有效方法。目前的表面改性方法主要有表面化學處理、表面合金化、表面熱處理、微弧氧化、陽極氧化、製備表面覆蓋層、等離子體處理等方法，但是這些方法很難同時提高鎂合金的耐生理腐蝕性能、血液相容性以及促內皮細胞生長性能。
技術實現要素：
本發明的目的在於：克服現有技術的不足，提供一種醫用鎂合金的表面改性方法，通過該方法可以構建一種具有多功能特性的鎂合金表面，並顯著提升鎂合金在生理條件下的耐蝕性能和生物相容性，提高材料及其器械的植入成功率。
本發明所採取的技術方案是：
一種醫用鎂合金的表面改性方法，包括以下步驟：
1）首先對鎂合金表面進行表面化學處理；
2）然後在經過化學處理後的鎂合金表面自組裝固定氨基矽烷分子；
3）最後將聚乙二醇、纖連蛋白以及肝素依次固定在材料表面，得多具有良好耐蝕性能的具有多功能生物活性的鎂合金生物材料。
本發明進一步改進方案是，所述步驟1）中，表面化學處理方法為：
1.1）將鎂合金進行拋光、清洗；
1.2）將拋光清洗後的鎂合金浸沒到溫度在50~90℃範圍內的氫氧化鈉和磷酸鈉的混合溶液中處理15~60min。
本發明更進一步改進方案是，所述步驟1.2）中，所述氫氧化鈉和磷酸鈉混合溶液中的氫氧化鈉（naoh）的濃度在20～50g/l的範圍內，十二水磷酸鈉（na3po4·12h2o）的濃度在5~10g/l的範圍內。
本發明更進一步改進方案是，所述步驟2）中，自組裝固定氨基矽烷分子的方法為：
將步驟1）中的化學處理鎂合金浸沒到濃度在10～50mm範圍內的氨基矽烷分子溶液中自組裝反應12～24小時。
本發明更進一步改進方案是，所述氨基矽烷為氨丙基三甲氧基矽烷或氨丙基三乙氧基矽烷。
本發明更進一步改進方案是，所述步驟3）中，將聚乙二醇、纖連蛋白以及肝素依次固定在材料表面的方法為：
3.1）將步驟2）中得到的鎂合金材料首先浸沒到聚乙二醇二羧酸、1-（3-二甲基氨基丙基）-3-乙基碳二亞胺（edc）及n-羥基丁二醯亞胺（nhs）的混合溶液中，充分反應4～12小時；
3.2）清洗乾燥後浸沒到纖連蛋白溶液中或纖連蛋白和肝素的混合溶液中繼續反應4～12小時。
本發明更進一步改進方案是，所述步驟3.1）中，所述聚乙二醇二羧酸、edc及nhs的混合溶液中，聚乙二醇二羧酸的濃度在1~10mg/ml的範圍內，edc的濃度在5~20mm的範圍內，nhs的濃度在5~20mm的範圍內。
本發明更進一步改進方案是，所述步驟3.2）中，纖連蛋白的濃度在10µg～1mg/ml的範圍內，肝素的濃度在1～10mg/ml的範圍內。
本發明的有益效果在於：
第一、本發明的一種醫用鎂合金的表面改性方法，採用表面化學處理結合表面生物固定來同時提高鎂合金的耐生理腐蝕性能、血液相容性和賦予材料促內皮細胞生長能力。
第二、本發明的一種醫用鎂合金的表面改性方法，本方法將具有抗生物汙染的聚乙二醇分子、優異血液相容性的肝素分子以及細胞外基質蛋白-纖連蛋白固定在鎂合金表面，可以賦予鎂合金良好的抗生物汙染能力、優異的血液相容性和促內皮癒合性能。
第三、本發明的一種醫用鎂合金的表面改性方法，本發明採用化學處理在鎂合金表面首先形成耐蝕轉化層，首先提高鎂合金的耐蝕性能，從而使後續的自組裝表面改性以及生物分子固定成為可能，有助於提高表面生物分子的固定量。
第四、本發明的一種醫用鎂合金的表面改性方法，本發明採用的表面自組裝及聚乙二醇固定並不降低鎂合金的耐蝕性能，反而進一步提高了鎂合金的耐蝕性能。
附圖說明：
圖1為生物材料多功能生物活性表面構建的基本反應步驟示意圖。
圖中包括以下步驟：
（1）鎂合金表面化學處理；
（2）鎂合金自組裝表面改性；
（3）鎂合金表面接枝聚乙二醇；
（4）鎂合金表面接枝纖連蛋白；
（5）鎂合金表面接枝纖連蛋白/肝素複合物。
圖2為鎂合金表面改性後的動電位極化曲線測量結果圖。
圖3為鎂合金表面改性後材料的溶血率柱狀圖。
圖4為鎂合金表面改性後內皮細胞粘附實驗結果圖。
具體實施方式：
如圖1可知，本發明包括以下步驟：
1）首先對鎂合金表面進行表面化學處理；
2）然後在經過化學處理後的鎂合金表面自組裝固定氨基矽烷分子；
3）最後將聚乙二醇、纖連蛋白以及肝素依次固定在材料表面，得多具有良好耐蝕性能的具有多功能生物活性的鎂合金生物材料。
所述步驟1）中，表面化學處理方法為：
1.1）將鎂合金進行拋光、清洗；
1.2）將拋光清洗後的鎂合金浸沒到溫度為75℃的氫氧化鈉和磷酸鈉的混合溶液中處理40min。
所述步驟1.2）中，所述氫氧化鈉和磷酸鈉混合溶液中的naoh的濃度30g/l，na3po4·12h2o的濃度為8g/l。
所述步驟2）中，自組裝固定氨基矽烷分子的方法為：
將步驟1）中的化學處理鎂合金浸沒到濃度為30mm的氨基矽烷分子溶液中自組裝反應16小時。
所述氨基矽烷為氨丙基三甲氧基矽烷或氨丙基三乙氧基矽烷。
所述步驟3）中，將聚乙二醇、纖連蛋白以及肝素依次固定在材料表面的方法為：
3.1）將步驟2）中得到的鎂合金材料首先浸沒到聚乙二醇二羧酸、edc及nhs的混合溶液中，充分反應10小時；
3.2）清洗乾燥後浸沒到纖連蛋白溶液中或纖連蛋白和肝素的混合溶液中繼續反應9小時。
所述步驟3.1）中，所述聚乙二醇二羧酸、edc及nhs的混合溶液中，聚乙二醇二羧酸的濃度為7mg/ml，edc的濃度15mm，nhs的濃度為12mm。
所述步驟3.2）中，纖連蛋白的濃度為370µg/ml，肝素的濃度為6mg/ml。
由圖2可知，鎂合金化學處理後，腐蝕電流顯著減小，表明化學處理顯著提高了材料的耐蝕性能；自組裝及接枝聚乙二醇後，腐蝕電流進一步減小，表明耐蝕性進一步提高。
由圖3可知，未改性鎂合金的溶血率高達50%以上，而接枝聚乙二醇或聚乙二醇和纖連蛋白-肝素複合物的材料，溶血率降低到5%以內，表明表面改性顯著提升了材料的抗凝血性能。
由圖4可知，接枝聚乙二醇阻止了內皮細胞的粘附，而接枝纖連蛋白和纖連蛋白-肝素複合物的材料表面表現出顯著的促內皮細胞粘附和生長性能。