一種基于雜化膠束的生物納米涂層制備方法技術

本文發明專利技術了一種基于雜化膠束的生物納米涂層制備方法，該制備方法包括：利用天然大分子及改性天然大分子自組裝得到包覆無機納米粒子的雜化膠束；以雜化膠束為功能模板，通過恒電位電沉積技術將雜化膠束固定在醫用金屬表面，得到基于自組裝雜化膠束的生物納米涂層材料。該方法過程簡單，條件溫和，易于大批量生產。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及高分子科學和生物涂層相結合領域，尤其涉及一種基于雜化膠束的生物納米涂層制備方法。技術背景醫用金屬材料以其高強韌性、耐疲勞、易加工成形性等優良的綜合性能，一直是臨床上用量最大和應用廣泛的一類生物醫用材料。醫用金屬材料是需要承受較高栽荷的骨、齒等硬組織以及介入治療支架的首選植入材料，已大量應用于骨科、齒科、介入治療等重要醫療領域中的各類植入醫療器械(Journal of Biomaterials and Tissue Engineering,2012,2,259-268)。目前醫用金屬材料中用量最大、應用范圍最廣的是不銹鋼、鈦及鈦合金、鈷基合金3大類材料，在醫用金屬材料的生產和臨床應用中占有舉足輕重的地位。然而，目前臨床應用的醫用金屬材料在生物體中一般表現為生物惰性，不具備生物活性，因此往往需要通過對其進行表面改性，來達到其具備一定生物活性，進而提高其臨床使用性能的目的(Biomaterials,2004,25,1003-1010)。天然大分子包括核酸、蛋白質、聚多肽、聚多糖等，由分子量小于500的單體通過聚合作用形成的大分子，具有優異的生物相容性、生物可降解性、細胞相容性、成膜性、及無毒性(Journal of Controlled Release,2000,64,63-79)。在化妝品、食品、生物醫學等領域具有良好的應用前景。此外，對于多數天然大分子而言，其分子鏈上均含有大量可改性的化學基團，可通過化學改性制備具有功能特性的天然大分子，進而拓寬其應用領域(Chemical Society Reviews,2013,42,4623-4639)。基于此，如使用天然大分子對醫用金屬材料進行表面改性，制備功能涂層材料，可賦予生物惰性的醫用金屬以表面活性，但由于天然大分子機械性能欠佳，因而其在使用過程中常需引入其他無機復合物。無機納米粒子如納米羥基磷灰石、納米氧化鋅等等。在生物涂層領域有著重要的應用前景，其不但具有優異的生物學性能，還具有良好的機械穩定性(Journal of Materials Research,1998,13,94-117)。但由于無機粒子是剛性粒子，應用于涂層領域時成膜性能較差。如將其與天然大分子復合，則可形成優勢互補的效應，制備性能優異的涂層材料(European Polymer Journal,2006,42,3171-3179)。但目前常用的方法是將無機納米粒子與天然大分子鏈進行復合，然后制備涂層材料，涂層中兩種組分的分配不均易導致涂層產生微相分離。
技術實現思路
針對現有技術存在的上述問題，本申請人專利技術了一種基于雜化膠束的生物納米涂層制備方法。將天然大分子(改性天然大分子)與無機納米粒子通過自組裝技術制備均一穩定的雜化膠束，進一步結合恒電位電沉積技術將雜化膠束固定在醫用金屬表面，制備性能優異的生物納米涂層。本制備方法將大分子自組裝技術與恒電位電沉積技術的優點結合在一起，操作簡單，實用性強，使用范圍廣。本專利技術的技術方案如下：一種基于雜化膠束的生物納米涂層制備方法，具體制備步驟如下：(1)在0～100℃，常壓下，將天然大分子溶于良溶劑中，溶解完成后向天然大分子溶液中加入適量濃度的無機納米粒子，待形成均一穩定的混合溶液，通過調節上述混合溶液的pH值誘導體系發生自組裝，制備雜化膠束；也可通過選擇合適的功能小分子和引發劑，對天然大分子進行化學改性，得到改性天然大分子，進一步將改性天然大分子溶于良溶劑制備均一溶液，向上述溶液中加入無機納米粒子，待形成均一穩定的混合溶液，通過向混合溶液中加入適量沉淀劑促使混合溶液發生自組裝，制備雜化膠束；所述的天然大分子選自殼聚糖、殼聚糖季銨鹽、透明質酸、纖維素、海藻酸鈉、聚谷氨酸、葡聚糖、淀粉、蛋白質、甲殼素、肝素、明膠中的一種或幾種；混合溶液的pH值通過乳酸、鹽酸、硫酸、氫氧化鈉、三乙胺、乙酸中的一種進行調節；所述的功能小分子選自7-氨基-4-甲基香豆素、7-羥基香豆素、肉桂酸、咖啡酸、阿魏酸、肉桂酸乙酯、阿魏酸乙酯、姜黃素、肉桂酸甲酯、肉桂酰氯、鹽酸多巴胺、甲基多巴、左旋多巴、卡比多巴、苯硼酸、檸檬酸中的一種或幾種；所述的引發劑為N-羥基琥珀酰亞胺、1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亞胺鹽酸鹽、1-羥基苯并三氮唑、N,N-二環己基碳二亞胺、4-二甲氨基吡啶中的一種或幾種；所述的無機納米粒子選自：納米氧化鋅、納米二氧化鈦、納米羥基磷灰石、納米四氧化三鐵中的一種；所述的良溶劑選自：N,N-二甲基甲酰胺、二甲亞砜、甲烷磺酸、四氫呋喃、1,4-二氧六環、石油醚中、氯仿的一種；所述的沉淀劑選自：水、乙醇、正丁醇、正丙醇、異丙醇、異丁醇、丙酮中的一種或幾種；(2)以步驟(1)中所制備的雜化膠束為功能模板，采用恒電位電沉積技術將雜化膠束固定在醫用金屬表面，得到基于自組裝雜化膠束的生物納米涂層；所述的恒電位電沉積電壓為-600V～600V，沉積時間為0.1s～60min；所用的醫用金屬選自鈦及鈦合金、鈷基合金、鎂及鎂合金、316L不銹鋼中的一種或幾種。步驟(1)中天然大分子的濃度為0.01～20mg/mL，所加入的無機納米粒子濃度范圍為0.01～20mg/mL，pH誘導自組裝過程中溶液的pH值范圍在1～12；功能小分子、引發劑、及天然大分子單元的反應摩爾比為2:1:1～20:2:1，所制備的改性天然大分子溶液濃度為0.01～30mg/mL，所加入的無機納米粒子濃度為0.01～30mg/mL，自組裝過程中沉淀劑的加入量為良溶劑的0.5～20倍；天然大分子或改性天然大分子與無機納米粒子所形成的均一混合溶液通過磁力攪拌、超聲分散、機械攪拌中的一種或幾種來實現，所采用的無機納米粒子的粒徑范圍為1～600nm，所制備的雜化膠束的粒徑范圍在20～1000nm。步驟(2)中所制備的生物納米涂層材料的厚度在5nm～1000μm，涂層具有優異的生物相容性及細胞相容性；通過控制原料配比、雜化膠束濃度，或恒電位電沉積的條件，可以調控醫用金屬表面涂層材料的微結構，從而實現涂層材料的實用性能。本專利技術的有益效果在于：本專利技術利用天然大分子或改性天然大分子與無機納米粒子通過自組裝制備穩定的雜化膠束，該膠束粒子相比于單純的無機粒子而言就有優異的成膜性，相比于單純大分子膠束而言具有更好的機械穩定性；進一步通過恒電位電沉積制備生物納米涂層材料，涂層兼具生物相容性、生物可降解性、細胞相容性、及功能特性(如促進組織生長、抗菌等)。附圖說明附圖1為實施例2中的生物納米涂層的SEM形貌圖。具體實施方式以下結合實施例對本專利技術作進一步說明，但本專利技術并不局限于此。實施例1一種基于雜化膠束的生物納米涂層制備方法，具體制備步驟如下：(1)在室溫常壓下，將殼聚糖季銨鹽溶于水形成10mg/mL溶液，向上述溶液中加入10mg/mL濃度的納米二氧化鈦(粒徑100nm)，磁力攪拌得到均一穩定的混合溶液，使用氫氧化鈉溶液調節混合溶液的pH＝8誘導體系發生自組裝，制備雜化膠束；(2)以步驟(1)中所制備的雜化膠束為功能模板，采用恒電位電沉積技術在-30V電壓下沉積10min，將雜化膠束固定在醫用鈦合金表面，得到基于自組裝雜化膠束的生物納米涂層。實施例2一種基于雜化膠束的生物納米涂層制備方法，具體制備步本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于雜化膠束的生物納米涂層制備方法，其特征在于具體制備步驟如下：(1)在0～100℃，常壓下，將天然大分子溶于良溶劑中，溶解完成后向天然大分子溶液中加入適量濃度的無機納米粒子，待形成均一穩定的混合溶液，通過調節上述混合溶液的pH值誘導體系發生自組裝，制備雜化膠束；也可通過選擇合適的功能小分子和引發劑，對天然大分子進行化學改性，得到改性天然大分子，進一步將改性天然大分子溶于良溶劑制備均一溶液，向上述溶液中加入無機納米粒子，待形成均一穩定的混合溶液，通過向混合溶液中加入適量沉淀劑促使混合溶液發生自組裝，制備雜化膠束；所述的天然大分子選自殼聚糖、殼聚糖季銨鹽、透明質酸、纖維素、海藻酸鈉、聚谷氨酸、葡聚糖、淀粉、蛋白質、甲殼素、肝素、明膠中的一種或幾種；混合溶液的pH值通過乳酸、鹽酸、硫酸、氫氧化鈉、三乙胺、乙酸中的一種進行調節；所述的功能小分子選自7?氨基?4?甲基香豆素、7?羥基香豆素、肉桂酸、咖啡酸、阿魏酸、肉桂酸乙酯、阿魏酸乙酯、姜黃素、肉桂酸甲酯、肉桂酰氯、鹽酸多巴胺、甲基多巴、左旋多巴、卡比多巴、苯硼酸、檸檬酸中的一種或幾種；所述的引發劑為N?羥基琥珀酰亞胺、1?乙基?(3?二甲基氨基丙基)碳二亞胺鹽酸鹽、1?羥基苯并三氮唑、N,N?二環己基碳二亞胺、4?二甲氨基吡啶中的一種或幾種；所述的無機納米粒子選自：納米氧化鋅、納米二氧化鈦、納米羥基磷灰石、納米四氧化三鐵中的一種；所述的良溶劑選自：N,N?二甲基甲酰胺、二甲亞砜、甲烷磺酸、四氫呋喃、1,4?二氧六環、石油醚中、氯仿的一種；所述的沉淀劑選自：水、乙醇、正丁醇、正丙醇、異丙醇、異丁醇、丙酮中的一種或幾種；(2)以步驟(1)中所制備的雜化膠束為功能模板，采用恒電位電沉積技術將雜化膠束固定在醫用金屬表面，得到基于自組裝雜化膠束的生物納米涂層；所述的恒電位電沉積電壓為?600V～600V，沉積時間為0.1s～60min；所用的醫用金屬選自鈦及鈦合金、鈷基合金、鎂及鎂合金、316L不銹鋼中的一種或幾種。...

【技術特征摘要】
1.一種基于雜化膠束的生物納米涂層制備方法，其特征在于具體制備步驟如下：(1)在0～100℃，常壓下，將天然大分子溶于良溶劑中，溶解完成后向天然大分子溶液中加入適量濃度的無機納米粒子，待形成均一穩定的混合溶液，通過調節上述混合溶液的pH值誘導體系發生自組裝，制備雜化膠束；也可通過選擇合適的功能小分子和引發劑，對天然大分子進行化學改性，得到改性天然大分子，進一步將改性天然大分子溶于良溶劑制備均一溶液，向上述溶液中加入無機納米粒子，待形成均一穩定的混合溶液，通過向混合溶液中加入適量沉淀劑促使混合溶液發生自組裝，制備雜化膠束；所述的天然大分子選自殼聚糖、殼聚糖季銨鹽、透明質酸、纖維素、海藻酸鈉、聚谷氨酸、葡聚糖、淀粉、蛋白質、甲殼素、肝素、明膠中的一種或幾種；混合溶液的pH值通過乳酸、鹽酸、硫酸、氫氧化鈉、三乙胺、乙酸中的一種進行調節；所述的功能小分子選自7-氨基-4-甲基香豆素、7-羥基香豆素、肉桂酸、咖啡酸、阿魏酸、肉桂酸乙酯、阿魏酸乙酯、姜黃素、肉桂酸甲酯、肉桂酰氯、鹽酸多巴胺、甲基多巴、左旋多巴、卡比多巴、苯硼酸、檸檬酸中的一種或幾種；所述的引發劑為N-羥基琥珀酰亞胺、1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亞胺鹽酸鹽、1-羥基苯并三氮唑、N,N-二環己基碳二亞胺、4-二甲氨基吡啶中的一種或幾種；所述的無機納米粒子選自：納米氧化鋅、納米二氧化鈦、納米羥基磷灰石、納米四氧化三鐵中的一種；所述的良溶劑選自：N,N-二甲基甲酰胺、二甲亞砜、甲烷磺酸、四氫呋喃、1,4-二氧六環、石油醚中、氯仿的一種；所述的沉淀劑選自：水、乙醇、正丁醇、正丙醇、異丙醇、異丁醇、丙酮中的一種或幾種；(2)以步驟(1)中所制備的雜化膠束為功能模板，采用恒電位電沉積技術...

【專利技術屬性】
技術研發人員：劉曉亞，孫家娣，朱葉，顧瑤，石甜甜，
申請(專利權)人：江南大學，
類型：發明
國別省市：江蘇;32