[发明专利]钛基表面兼具抗氧化及自生氧功能的纳米棒阵列构形化涂层及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种钛基表面兼具抗氧化及自生氧功能的纳米棒阵列构形化涂层及其制备方法和应用。首先采用微弧氧化在钛或其合金表层制备含磷和钙的多孔二氧化钛涂层，然后用水热处理法原位生长出羟基磷灰石纳米棒构形化涂层，再用氧化自聚合法制备聚多巴胺包覆的羟基磷灰石纳米棒阵列，最后通过聚多巴胺吸附金属离子、水热法最终得到兼具抗氧化及自生氧涂层的生物医用材料。本发明工艺稳定、可控性强；制得的涂层表层同时具有抗氧化和自生氧的双重功效；作为植入体能够调控RA病况下不良的骨微环境、促进骨组织愈合及再生能力，避免由于不良的骨微环境所导致的植入体失效和膜/基结合力差诱发的涂层剥落及由其诱发的骨溶解或过度炎性等副反应的发生。

技术领域

本发明属于生物医用材料技术领域，具体涉及一种钛基表面兼具抗氧化及自生氧功能的纳米棒阵列构形化涂层及其制备方法和应用。

背景技术

类风湿性关节炎(RA)是一种慢性全身性免疫疾病，在发病的关节区域内，滑膜液中巨噬细胞多呈M1促炎表型，从而该区域内活性氧自由基团(ROS)及炎性因子的表达显著升高且随血液循环运送至全身；血清中ROS及炎性因子的高表达将诱发骨内缺氧状态并通过激活NF-κb通路促进破骨细胞成熟和分化，导致RA病患全身性骨质流失，增加骨折风险。更为担忧的是，一旦RA病患发生骨折，其血清中高的ROS含量及骨内缺氧微环境将导致骨折部位的巨噬细胞向M1表型过度极化，诱发强的炎性反应，即使在正常骨内具有高骨整合性的人工材料种植体在该骨折部位无法实现骨整合。

据此，亟需针对性的设计、构建骨内种植体以缓解RA病况下骨内高ROS及低氧微环境，继而调控巨噬细胞向M2表型极化，即赋予植入体在RA病况下的免疫调变能力，以在该病况下呈现高骨整合性。

发明内容

针对RA病况下的骨折，为了解决钛基植入体表面改性存在的问题，本发明的目的在于提供一种钛基表面兼具抗氧化及自生氧功能的纳米棒阵列构形化涂层及其制备方法和应用，工艺稳定、可控性强；制得的生物医用材料表层同时拥有具有抗氧化和自生氧的双重功效；而且作为植入体能够在调控RA病况下ROS和缺氧的骨微环境后及时促进骨组织愈合及再生能力，避免由于膜/基结合力差诱发的涂层剥落以及由其诱发的骨溶解或过度炎性等副反应的发生。

本发明是通过以下技术方案来实现：

本发明公开了一种钛基表面兼具抗氧化及自生氧功能的纳米棒阵列构形化涂层的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：在含有磷离子和钙离子的电解液中对纯钛或钛合金基体进行微弧氧化，使钛基基体表面形成微孔二氧化钛涂层；

步骤2：采用水热处理法在步骤1得到的微孔二氧化钛涂层上制备羟基磷灰石纳米棒构形化涂层；

步骤3：采用氧化自聚合法在步骤2得到的羟基磷灰石纳米棒构形化涂层上制备聚多巴胺包覆的羟基磷灰石纳米棒构形化涂层；

步骤4：常温下将步骤3制得的聚多巴胺包覆的羟基磷灰石纳米棒构形化涂层置入乙酸铁和乙酸锰的混合盐溶液中，搅拌并加热至60℃，然后将产物置入氢氧化钠溶液中，在90～100℃下水热处理1～2h，得到钛基表面兼具抗氧化及自生氧功能的纳米棒阵列构形化涂层。

优选地，步骤1具体为：

将纯钛或钛合金基体作为阳极，不锈钢电解槽作为阴极，在300～310K的温度下进行微弧氧化，经酒精和去离子水清洗、干燥后使钛基基体表面形成微孔二氧化钛涂层；微弧氧化的参数为：电弧频率90～110Hz，正压300～400V，占空比0～10％；电解液包括：氢氧化钠0.005～0.01mol/L，乙酸钙0.2～0.3mol/L，β-磷酸甘油酯二钠盐五水化合物0.02～0.03mol/L。

优选地，步骤2具体包括：

步骤2.1：将步骤1得到的微孔二氧化钛涂层放入12～15mL浓度为0.01～0.03mol/L的氢氧化钠水溶液中，密封进行一次水热处理1～2h；