電化學法對醫用金屬移植體表面膠原改性的方法
2023-05-11 12:02:06
專利名稱：電化學法對醫用金屬移植體表面膠原改性的方法
技術領域：
本發明涉及一種用作硬組織修復或替代的一種電化學法對醫用金屬移植體 表面膠原改性的方法。
技術背景醫用金屬材料，如鈦及其合金、鈷鉻鉬合金和醫用不鏽鋼等由於具有良好 的生物相容性和優良的力學性能，已被廣泛的應用於臨床治療骨科、牙科等應組織創傷或疾病。如中國專利CN1064610採用等離子噴塗工藝在齒科金屬表面 製備羥基磷灰石塗層，中國專利CN1316274採用電解沉積法製備羥基磷灰石塗 層等。但是單純的羥基磷灰石塗層生物活性有限，這使得植入體在體內與骨組 織結合緩慢，治癒期長，效果不佳。利用電化學反應可在金屬基體周圍的電解 質溶液產生pH梯度，為膠原分子自組裝提供反應動力和微環境，獲得膠原改性 的表面，是增強醫用移植體材料生物活性，加快早期治癒速度的理想方法。 發明內容本發明的目的在於提供一種採用電化學方法對醫用金屬移植體表面膠原改 性的方法，以提高醫用金屬表面生物活性，優化其臨床應用效能，縮短治癒時間。用電化學法對醫用金屬移植體表面膠原改性的方法，包括以下步驟1) 將膠原加入pH值為1~4的酸性溶液中，攪拌溶解，配製膠原濃度為0.05 g/L 5.0g/L的A溶液並置於4'C下；2) 向A溶液中加入可溶性鹽，形成B溶液，使B溶液中可溶性鹽的濃度 為0.05 M~0.3 M;3) 調節B溶液的pH值為3.5 5.0，作為電解質溶液；4) 在電化學沉積裝置中，將醫用金屬移植體用作陰極，鉑為陽極，飽和甘 汞電極或氯化銀電極為參比電極浸入上述電解質溶液，電解質溶液溫度為18°C 50°C，陰極與陽極間工作距離為lcm 20cm;5) 採用恆電流或恆電壓模式在醫用移植體表面電沉積，恆電流模式的電流 大小為0.5 mA 100mA，恆電壓模式的電壓為1 V~30 V，沉積時間為0.25 h~24 h， 反應結束後取出醫用金屬移植體清洗，乾燥後獲得表面膠原改性的醫用金屬移 植體。本發明中，所說的酸性溶液可以為鹽酸或醋酸溶液。所說的可溶性鹽可以
是氯化鈉、硝酸鈉、氯化鉀或硝酸鉀。所說的醫用金屬移植體可以是鈦、鈦合 金、鈷鉻鉬合金、鈷鉻合金、醫用不鏽鋼或具有塗層的醫用金屬移植體。所說 的塗層可以是羥基磷灰石塗層、含氟羥基磷灰石塗層或二氧化鈦塗層。本發明採用電化學的方法，在酸性的溶解有膠原蛋白的電解質溶液中，通 過電極反應可使醫用金屬材料周圍局部溶液pH值升高，而不影響電解質溶液整體酸性。醫用金屬材料周圍溶液pH值升高使得溶解的膠原凝膠化，即膠原分子 自組裝成為膠原纖維。本發明通過電極反應形成的局部pH值變化有利於膠原纖維附著於醫用金屬材料表面，形成膠原纖維層。膠原纖維是細胞外基質的主要 成分，本發明對醫用金屬的表面膠原改性提高了醫用金屬表面生物活性，有利 於細胞的粘附以及組織修復和生長。本發明提供的醫用金屬材料表面膠原改性 方法簡單易行，高效，易於產業化。
附圖是本發明採用電化學法對鈦合金生物材料表面膠原改性的的SEM照片。
具體實施方式
以下結合實施例進一步說明本發明。 實施例1將膠原加入鹽酸溶液中，鹽酸溶液pH值為l，攪拌溶解，配製膠原濃度為 5.0 g/L的A溶液並置於4。C。向A溶液中加入氯化鈉，形成B溶液，使B溶 液中氯化鈉濃度為0.3 M。用氨水溶液調節B溶液的pH值為3.5，作為電解質 溶液。在電化學沉積裝置中，以醫用鈦合金移植體為陰極，鉑為陽極，飽和甘 汞電極為參比電極浸入電解質溶液，電解質溶液溫度為1S。C，陰極與陽極間工 作距離為2 cm。採用恆電流模式在醫用移植體表面電沉積，電流大小為0.5 mA， 沉積時間為lh。反應結束後取出醫用鈦合金移植體清洗，乾燥後獲得表面膠原 改，的醫用鈦合金移植體。見附圖，在鈦合金生物材料表面附著膠原纖維層。將膠原加入醋酸溶液中，醋酸溶液pH值為2，攪拌溶解，配製膠原濃度為 1 g/L的A溶液並置於4t:。向A溶液中加入硝酸鈉，形成B溶液，使B溶液 中硝酸鈉濃度為0.05 M。用氫氧化鈉溶液調節B溶液的pH值為4，作為電解質 溶液。在電化學沉積裝置中，以醫用不鏽鋼移植體為陰極，鉑為陽極，氯化銀 電極為參比電極浸入電解質溶液，電解質溶液溫度為18°C，陰極與陽極間工作 距離為20cm。採用恆電壓模式在醫用移植體表面電沉積，電壓大小為30V，
沉積時間為24 h。反應結束後取出醫用不鏽鋼清洗，乾燥後獲得表面膠原改性的醫用不鏽鋼移植體。實施例3將膠原加入鹽酸溶液中，鹽酸溶液pH值為4，攪拌溶解，配製膠原濃度為 0.3 g/L的A溶液並置於4t:。向A溶液中加入氯化鉀，形成B溶液，使B溶 液屮氯化鉀濃度為0.1M。用Tris緩衝溶液調節B溶液的pH值為5，作為電解 質溶液。在電化學沉積裝置中，以醫用鈷絡鉬合金移植體為陰極，鉑為陽極， 氯化銀電極為參比電極浸入電解質溶液，電解質溶液溫度為5(TC，陰極與陽極 間工作距離為1 cm。採用恆電壓模式在醫用移植體表面電沉積，電壓大小為3 V， 沉積時間為2h。反應結束後取出醫用鈷絡鉬合金移植體清洗，乾燥後獲得表面 膠原改性的醫用鑽鉻鉬合金移植體。 實施例4將膠原加入醋酸溶液中，醋酸溶液pH值為2，攪拌溶解，配製膠原濃度為 0.5 g/L的A溶液並置於4。C。向A溶液中加入硝酸鉀，形成B溶液，使B溶 液中硝酸鉀濃度為0.2 M。用氫氧化鉀溶液調節B溶液的pH值為4.5，作為電 解質溶液。在電化學沉積裝置中，以醫用具有含氟羥基磷灰石塗層金屬移植體 為陰極，鉑為陽極，飽和甘汞電極為參比電極浸入電解質溶液，電解質溶液溫 度為40'C，陰極與陽極間工作距離為2.5 cm。採用恆電流模式在醫用移植體表 面電沉積，電流大小為10mA，沉積時間為4h。反應結束後取出醫用移植體清 洗，乾燥後獲得表面膠原改性的醫用金屬移植體。
權利要求
1.電化學法對醫用金屬移植體表面膠原改性的方法，其特徵是包括以下步驟1)將膠原加入pH值為1～4的酸性溶液中，攪拌溶解，配製膠原濃度為0.05g/L～5.0g/L的A溶液並置於4℃下；2)向A溶液中加入可溶性鹽，形成B溶液，使B溶液中可溶性鹽的濃度為0.05M～0.3M；3)調節B溶液的pH值為3.5～5.0，作為電解質溶液；4)在電化學沉積裝置中，將醫用金屬移植體用作陰極，鉑為陽極，飽和甘汞電極或氯化銀電極為參比電極浸入上述電解質溶液，電解質溶液溫度為18℃～50℃，陰極與陽極間工作距離為1cm～20cm；5)採用恆電流或恆電壓模式在醫用移植體表面電沉積，恆電流模式的電流大小為0.5mA～100mA，恆電壓模式的電壓為1V～30V，沉積時間為0.25h～24h，反應結束後取出醫用金屬移植體清洗，乾燥後獲得表面膠原改性的醫用金屬移植體。
2. 根據權利要求1所述的電化學法對醫用金屬移植體表面膠原改性的方 法，其特徵是所說的酸性溶液為鹽酸或醋酸溶液。
3. 根據權利要求1所述的電化學法對醫用金屬移植體表面膠原改性的方 法，其特徵是所說的可溶性鹽為氯化鈉、硝酸鈉、氯化鉀或硝酸鉀。
4. 根據權利要求1所述的電化學法對醫用金屬移植體表面膠原改性的方 法，其特徵是所說的醫用金屬移植體為鈦、鈦合金、鈷鉻鉬合金、鈷鉻合金、 醫用不鏽鋼或具有生物活性塗層的醫用金屬移植體。
5. 根據權利要求4所述的電化學法對醫用金屬移植體表面膠原改性的方 法，其特徵是所說的生物活性塗層為羥基磷灰石塗層、含氟羥基磷灰石塗層或 二氧化鈦塗層。
全文摘要
本發明公開了採用電化學法對醫用金屬移植體表面膠原改性的方法。該方法以醫用金屬移植體為工作電極，鉑為參考電極，在溶解有膠原分子的電解質溶液中，通過電極反應使膠原分子自組裝成為膠原纖維，並附著在醫用金屬移植體表面形成膠原纖維層。膠原作為細胞外基質的主要成分，能有效提高醫用金屬表面的生物相容性和生物活性。採用本發明方法獲得的膠原改性醫用金屬移植體解決了商業醫用金屬生物移植體表面生物活性有限，不利於組織修復，所需治癒時間長等缺點。本發明製備工藝簡單、高效、易於產業化。
文檔編號A61L27/34GK101161295SQ20071015655
公開日2008年4月16日 申請日期2007年11月8日 優先權日2007年11月8日
發明者宋晨路, 張溪文, 剛 徐, 杜丕一, 汪建勳, 鴿 沈, 逵 程, 翁文劍, 苗順東, 趙高凌, 韓高榮 申請人:浙江大學