[发明专利]一种生物医用钛合金表面官能化改性的处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种生物医用钛合金表面官能化改性的处理方法，该方法 通过羟基化溶液和胺基化溶液处理，在医用钛合金表面引入活性羟基、胺 基和羧基，用于带药血管内支架和牙种植体等人体植入、介入医疗器械的 表面改性处理。

背景技术

通常情况下，用于植入人体的医用钛及钛合金材料在空气中或与氧气 接触就会迅速在其表面原位生长一层TiO₂薄膜，该薄膜一般厚度为几十 个纳米，这是钛及钛合金材料具有良好生物相容性的一个主要原因。但是 同时TiO₂薄膜是一种惰性材料，细胞黏附性较差，不容易与人体组织快 速形成生物结合，即是说未经处理的医用钛合金表面不具有生物活性，难 以满足目前医疗器械临床使用功能化的要求。

对材料与生物体相互作用机制的大量研究表明：生物材料表面的成分、 结构、表面形貌、表面的能量状态、亲(疏)水性、表面电荷、表面的导电 特征等表面化学、物理及力学特性均会影响材料与生物体之间的相互作 用。因此通过物理、化学、生物等各种技术手段对植入、介入等血液接触 类医疗器械进行表面改性，可以大幅度改善它们与人体的生物相容性和血 液相容性，使之更满足临床使用的要求。

更重要的是，长期临床实验表明，通过在植入、介入医疗器械表面物 理吸附或者化学键接一些具有特殊功效的生物大分子(比如具有优异抗凝 血性能的肝素和能诱导成骨细胞快速增值的辛伐他汀酸类药物)可显著提 高医疗器械的手术成功率，这一点在血管内支架和牙种植体等器械方面表 现得非常明显，带药支架已占据临床使用的大部分。大分子药物目前一般 是通过物理吸附或者化学键接在材料表面来实现的，但物理吸附的药物和 基体结合较差，植入人体后很快会丧失药效，所以一般通过化学法来键接 大分子。化学法根据大分子药物与基体的结合方式又可分为离子法和共价 法，其中离子法容易改变大分子的空间构象，使其降低甚至失去药效，所 以共价法更具实际意义。但正如上所述，钛及钛合金材料由于表面TiO₂薄膜的存在是生物惰性的，缺少活性官能团，大分子药物很难结合在材料 表面。

目前，在金属材料表面引入一定数量的功能基团(如羟基、胺基基团 等)，利用功能基团直接固定具有特殊作用的生物大分子如肝素、白蛋白、 血栓改性蛋白、辛伐他汀酸等，提高材料的生物相容性性，并使其在植入 人体后具备某项特殊功能。借助表面微区生物活化的方法，构建功能化表 面是改善金属材料生物相容性和提高植入手术成功率的有效途径。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一 种能在生物医用钛及钛合金表面引入活性官能团时，不改变基体材料的物 理、生物性能，不仅使医用钛及钛合金表面具有活性，还能有效产生活性 反应位点以键接生物大分子的生物医用钛合金表面官能化改性的处理方 法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种生物医用钛合 金表面官能化改性的处理方法，包括(1)医用钛合金表面羟基化处理， (2)医用钛合金表面胺基化及羧基化处理，其特征在于处理过程为：

(1)医用钛合金表面羟基化处理：

a.取双氧水溶液和盐酸溶液按体积百分比1∶1混合，并加入适量Fe²⁺盐，制得羟基化混合溶液；所述羟基化混合溶液中Fe²⁺的物质的量浓度为 0.002mol/L-0.008mol/L，所述盐酸溶液的物质的量浓度为12mol/L，双氧 水溶液的体积百分比浓度为30％；

b.将医用钛合金试样在上述羟基化混合溶液中处理20分钟，然后取 出用热水漂洗，晾干；羟基化溶液处理时温度控制在70℃-90℃；

(2)医用钛合金表面胺基化及羧基化处理：

a.配制黏度适中的聚丙烯酰胺溶液：将步骤(1)中经羟基化处理后 的医用钛合金在氮气气氛下放入带搅拌器的反应釜中，然后在反应釜内加 入去离子水，开动搅拌器，将相对分子量为800～1000万的非离子型聚丙 烯酰胺缓慢加入，使聚丙烯酰胺溶液质量百分比浓度为1-3％，反应釜升 温至55℃，使聚丙烯酰胺完全溶解，粘度在2-4Pa·s；