[发明专利]一种兼具抗感染及促进骨结合功能的钛植入体材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种兼具抗感染及促进骨结合功能的钛植入体材料及其制备方法。本发明通过热引发“一锅法”制备超支化聚赖氨酸(HBPL)，利用硅烷偶联剂γ‑(2,3‑环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷(GPTMS)将HBPL共价接枝到钛片上。固定在钛片表面的超支化聚赖氨酸对革兰氏阳性的金黄色葡萄球菌及革兰氏阴性的大肠杆菌均有非常良好的杀菌效果。同时，与纯钛相比，该材料能促进成骨细胞的粘附、增殖与分化且不具有细胞毒性。本发明工艺流程简单，生产成本较低，在具有很好的安全性的基础上，同时具有抗感染以及促进骨结合的功能，创新性地将超支化聚赖氨酸运用到种植体领域，在钛种植体改性方面具有重要的意义，拥有良好的应用前景。

技术领域

本发明属于生物医用材料领域，具体地说，涉及一种抗菌和促进骨结合的超支化聚赖氨酸修饰的钛植入体材料及其制备方法。

背景技术

钛及钛合金植入体材料，由于其良好的生物相容性及出色的生物力学性能，被广泛用于牙种植及骨修复等骨科和牙科手术中，具有很好的应用前景。感染及松动是导致种植体植入失败的最重要的原因。然而，由于钛金属本身不具有抗感染的功能，且钛材料体植入体内后，与骨以机械整合的方式结合，易引发炎症、松动，最终导致植入失败。为了解决这一难题，研发兼具抗菌及促进骨结合功能的钛植入体材料成为了生物医用材料领域的重要内容。

目前抗感染植入体材料往往忽略了骨结合不良的问题，而促进骨结合的材料却忽视了抗感染的问题。例如，预载的抗生素，银、锌及其相应的氧化物以及一氧化氮(NO)均已被证明可以杀死细菌，但缺点同样不容忽视。高剂量的金属离子可能会有毒，抑制成骨细胞的活性，从而影响骨结合情况。并且，细菌容易对抗生素产生耐药性，抗菌剂的早期暴释也是需要关注的问题。因此，理想的钛植入体材料应至少同时具有抗菌及促进骨结合的功能。例如中国专利文献公开号：CN107261202A公开了一种钛金属骨科内植物表面抗菌生物复合涂层的制备方法，首先采用阳极氧化的方法在钛表面形成一层二氧化钛纳米管，通过沉积技术在纳米管钛基体上沉积羟基磷灰石，再通过逐步滴加的方式在纳米管表明形成羟基磷灰石/抗生素复合涂层。该涂层不仅具有很好的生物活性，而且抗生素的释放具有很好的抗菌效果。但是抗菌剂的释放很难控制，且抗菌剂和促成骨物质如何调整比例达到一个最好的效果仍是有待解决的问题。

ε-聚赖氨酸是一种天然防腐剂，具有广谱抗菌以及稳定性好的特点，在日本已进入商业市场，在食品中具有良好的应用前景。超支化聚赖氨酸由于其高度支化的结构，大量的末端残基，在基因载体方面的研究较为常见，但将超支化聚赖氨酸用作抗菌及增强植入体的生物活性方面的研究，较为少见。

发明内容

本发明的目的在于提出一种兼具抗菌及促进骨结合功能的钛植入体材料及其制备方法。该方法制备的钛植入体材料具有稳定的抗菌效果，并且能够促进材料的骨结合，同时具有很好的生物安全性，对于钛植入体改性领域具有重要的意义。

上述钛植入体材料的制备方法，包括以下步骤：

1)碱热处理使得清洁的钛表面带有活性羟基；

2)硅烷偶联剂GPTMS处理得到硅烷偶联剂改性的钛表面，末端带有环氧基团；

3)将硅烷偶联剂改性的材料浸泡在超支化聚赖氨酸溶液中进行反应，通过环氧基团与氨基的反应将超支化聚赖氨酸共价接枝到钛表面。所述的超支化聚赖氨酸采用热引发“一锅法”制得，包括以下步骤：①以赖氨酸氨酸盐为原料，加入氢氧化钾以中和；②升温至150℃，引发赖氨酸聚合，得到红褐色熔体，透析，冷冻，干燥，得到超支化聚赖氨酸。

所述步骤1)中碱热处理使用的是NaOH溶液，浓度为5-10mol/L，加热温度为80℃，时间为0.5-3h。

所述步骤2)中硅烷偶联剂是溶于95％甲醇+5％水(体积百分比)的溶剂体系中，硅烷偶联剂的质量分数为5-20％，将硅烷偶联剂加入到溶剂中后，室温静置10min-1h，后将碱热处理过的钛片浸入其中，反应时间为10min。反应结束后弃去溶液，将材料置于110℃的真空烘箱中真空烘烤2-5h。