[发明专利]表面改性的钛或钛合金材料及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种金属材料，特别涉及一种表面改性的钛或钛合金材料，还涉及该表面改性的钛或钛合金材料的制备方法和应用。

背景技术

目前，由创伤、骨折及骨质疏松症等疾病引起的骨缺损是临床面临的普遍问题，每年全球有数以百万计的硬组织植入体用于骨固定或功能性组织全置换。钛及钛合金因其优良的生物相容性和综合力学性能成为目前临床应用最广泛的硬组织植入材料，用于制作人工关节、骨内固定器材及骨重建材料等。但是，钛及钛合金材料本身缺乏生物活性，无诱导骨整合性能，用其制成的植入体植入体内后不能与周围骨组织形成牢固的、长期稳定的结合，常发生松动和脱位现象。因此，钛及钛合金植入体与骨组织间的整合性及长期稳定性是目前临床面临的重大挑战。理想的骨组织植入体应具有“主动”而非“被动”地与宿主周边组织作用的能力，如促进成骨细胞的增殖和分化等。

针对钛及钛合金材料存在的不足，采用表面工程的方法对其进行表面改性，有望大幅度提高其综合性能，从而更适合于医学应用的要求。近年来，国内外学者就钛及钛合金材料的表面改性开展了大量的工作，其总体思路是在钛及钛合金表面生成有机(如蛋白质、酶等)或无机(如羟基磷灰石、二氧化钛等)生物活性涂层。表面改性方法大致分为三大类：物理改性法、化学改性法以及生物化学方法。物理改性法如等离子喷涂法等生产成本高，制得的羟基磷灰石涂层与钛及钛合金材料之间为物理结合，存在结合力较弱、稳定性较差的缺点，且绝大部分喷涂为直线喷涂，对复杂形貌的钛及钛合金材料容易造成涂层厚度不均匀等问题。化学改性法如酸碱处理法等对钛及钛合金材料的腐蚀性大，而且制得的二氧化钛涂层结构疏松，结合牢固性有待提高。生物化学方法是将蛋白质或酶等有机高分子物质通过物理吸附、化学键合以及载体附着等方法结合到钛及钛合金材料表面，其优势在于能够直接、有效地提高钛及钛合金材料的生物活性，但在如何保证反应后蛋白质或酶等的生物活性方面还需要进行大量的研究。迄今为止，还没有一种表面改性的钛及钛合金材料成功应用于临床。

发明内容

有鉴于此，为克服现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种表面改性的钛或钛合金材料，具有良好的成骨细胞相容性，可促进成骨细胞的增殖和分化。

为达到此目的，本发明的表面改性的钛或钛合金材料，在钛或钛合金材料的表面具有生物活性涂层，所述生物活性涂层由至少5层的壳聚糖-丝素蛋白双层组成。

进一步，所述生物活性涂层由5～10层的壳聚糖-丝素蛋白双层组成；

进一步，所述生物活性涂层由6层的壳聚糖-丝素蛋白双层组成。

本发明的目的之二在于提供一种制备所述表面改性的钛或钛合金材料的方法，不受材料大小和形状的影响，操作简单，条件温和，无需特殊设备，生产成本低。

为达到此目的，本发明的制备所述表面改性的钛或钛合金材料的方法，包括以下步骤：

a、称取壳聚糖，加入浓度为10～30mL/L的乙酸溶液，搅拌使溶解，制成质量百分浓度为1％～4％的壳聚糖溶液；

b、称取丝素蛋白，加入去离子水使溶解，制成质量百分浓度为2％～10％的丝素蛋白溶液；

c、称取1-乙基-3-(3-二甲胺基丙基)碳二亚胺盐酸盐(EDC)和吗啉乙磺酸(MES)，加入去离子水使溶解，制成含有质量百分浓度为0.05％～2％的EDC和浓度为0.05～0.3mol/L的MES的混合溶液；

d、将钛或钛合金材料置步骤a制得的壳聚糖溶液中，浸泡10～20分钟，取出；

e、将经过步骤d处理的钛或钛合金材料用去离子水充分洗涤；

f、将经过步骤e清洗的钛或钛合金材料置步骤b制得的丝素蛋白溶液中，浸泡10～20分钟，取出；

g、将经过步骤f处理的钛或钛合金材料用去离子水充分洗涤；

h、重复步骤d至g至少4次，使钛或钛合金材料的表面逐层自组装上至少5层的壳聚糖-丝素蛋白双层；

i、将经过步骤h处理的钛或钛合金材料置步骤c制得的EDC-MES混合溶液中，在温度4～20℃条件下反应20～60分钟，即制得表面改性的钛或钛合金材料。

进一步，所述步骤a中壳聚糖溶液的质量百分浓度为2％，所述步骤d中浸泡时间为20分钟；

进一步，所述步骤b中丝素蛋白溶液的质量百分浓度为5％，所述步骤f中浸泡时间为10分钟；

进一步，所述步骤c中混合溶液含有质量百分浓度为0.1％的EDC和浓度为0.1mol/L的MES，所述步骤i中反应温度为4℃、反应时间为30分钟。