[发明专利]一种钛酸盐表面原位构建金属有机框架纳米颗粒的方法

说明书

本发明属于生物植入材料表面改性领域，具体涉及一种钛酸盐表面原位构建金属有机框架纳米颗粒的方法。通过对钛合金进行碱热处理，在其表面形成具有特殊形貌的钛酸盐结构；在此基础上，利用钛酸盐具有层间阳离子负载能力将Zn²⁺离子吸附在钛酸盐中，在其表面滴加2‑甲基咪唑配体且提供金属有机框架纳米颗粒的生长环境，通过调控溶剂及配体浓度，在钛酸盐纤维上原位可控生长金属有机框架纳米颗粒，该方法制备的金属有机框架纳米颗粒紧密包裹在钛酸盐纤维上，且保留了钛酸盐原本的纳米纤维结构，还可丰富钛酸盐的纳米结构形貌，金属有机框架纳米颗粒和钛酸盐结构的大比表面积可作为两种不同体系的负载平台，实现智能载药功能。

技术领域

本发明属于生物植入材料表面改性领域，具体涉及一种钛酸盐表面原位构建金属有机框架纳米颗粒的方法。

背景技术

金属植入体材料已被广泛用于各种硬组织相关疾病的治疗，但金属植入体表面的骨整合和抗菌能力不足，往往导致临床植入手术失败。表面改性能够在保持金属材料优异力学性能的同时，针对性地改善其表面特性，目前被泛用于解决金属植入体存在的骨整合能力差和缺乏抗菌性能等问题。钛及其合金具有和人体自然骨较为接近的弹性模量，目前在临床上应用最为广泛。然而，目前临床使用的金属材料为生物惰性材料，其表面不能主动诱导新骨的形成，导致在植入体和骨组织之间形成纤维囊包，降低骨和植入体的界面结合强度，从而引起植入体的早期失效。此外，金属生物材料的耐腐蚀性也不够理想，在人体中会释放有害金属离子，导致炎症和致敏反应，影响植入体材料的长期安全性。因此，在保证金属材料机械性能的前提下，采用适宜的表面改性技术和策略是提高植入体综合性能的有效手段，有必要赋予植入体一定的成骨活性，保证植入体的长久稳定性。

目前，碱热处理作为一种常见的表面方法，通过碱热处理在钛合金表面获得一层纳米钛酸盐结构。钛酸盐作为一种层状结构材料，其表面拥有丰富的化学性质，且钛酸盐表面拥有大比表面积可进行药物负载及释放，其独特的纳米结构和表面粗糙度可以为其提供良好的生物活性。

金属-有机骨架(MOF)是一类新型的高度可调的杂化材料，由金属连接点和有机桥联配体组成。它们通常是在温和的条件下通过配位导向的自组装过程合成的，也被称为配位聚合物或配位网络。MOF以其大孔隙率和可调节的孔径、形状和功能而闻名，其表面有丰富的活性位点可供表面改性。

发明内容

本发明的目的是提供一种钛酸盐表面原位可控生长金属有机框架纳米颗粒的方法，其技术方案是以预处理的钛合金或纯钛为基底，利用碱热处理获得纳米钛酸盐结构，通过阳离子交换将锌离子交换到钛酸盐层间，利用锌离子与2- 甲基咪唑之间配位结合，在钛酸盐表面滴加2-甲基咪唑甲醇溶液进行ZIF-8颗粒的原位生长。其中，钛酸盐纤维作为“树枝”，钛酸盐层间负载的Zn²⁺作为“种子”，滴加的2-甲基咪唑和无水甲醇分别作为“养分”和“水”，最终在钛酸盐纤维上长出“ZIF-8颗粒果实”。该方法制备的ZIF-8颗粒原位生长在钛酸盐纳米纤维上，与钛酸盐结合紧密，同时保留了钛酸盐原本的结构，实现了ZIF-8颗粒与钛酸盐纳米结构共存。同时，利用ZIF-8颗粒的大比表面积，实现ZIF-8颗粒与钛酸盐结构两种不同体系的载药，其中钛酸盐与ZIF-8颗粒对不同类型药物的负载及释放能力不同，从而可达到不同体系药物的智能可控释放。

本发明技术方案，经过三个步骤实现。

(1)钛酸盐纳米结构制备：

通过酸洗获得表面干净的钛合金或纯钛基底，再将钛合金或纯钛置于100ml 的特氟龙内衬中，加入NaOH水溶液，水热釜的填充度为50％。将特氟龙内衬放入反应釜中固定，将反应釜放入烘箱中进行碱热处理，然后取出，将钛合金分别用无水乙醇和去离子水超声清洗，将钛合金烘干得到钛酸盐纳米结构 (Titanium alloy，TN)

其中，基底使用前采用混合酸清洗处理，去离子水超声清洗；