[发明专利]生物功能化纳米钛材及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于生物医学材料领域，涉及一种生物功能化纳米钛材，还涉及该钛材的制备方法。

背景技术

20世纪40年代初，Bothe等人将钛植入老鼠的股骨中发现其与骨之间无任何不良反应，从而将钛引入到生物医学材料领域。自20世纪60年代钛种植体被广泛应用于口腔医学领域以来，钛用作种植材料得到了不断发展，且随着研究的不断深入，钛材被普遍认为是很有前途的医学植入材料。

由于钛及钛合金具有生物惰性，骨整合性差，不能很好地与人体周围组织结合，存在愈合时间长、初期稳定性差等缺点，导致钛种植体的植入成功率较低。为提高钛及钛合金的生物活性，进一步提高其骨整合性，钛及钛合金的表面工程研究已成为生物医学材料领域的一大热点。

已有研究表明，材料在机体内的骨整合性与材料表面的形貌结构有关。由于细胞在机体内所接触的界面均为纳米结构，如各种组织的基膜均由50~200nm大小的凹、突、孔和纤维组成，因此在材料表面仿生构建纳米尺度的表面形貌可能对细胞生长有积极影响。例如，在钛材表面构建具有细胞响应性的纳米结构，有望提高钛材的生物活性，使其能够在生物体微环境的生理信号刺激下作出响应，达到自我修复的目的。除了材料表面的形貌结构会影响细胞行为外，材料表面的化学成分也会对细胞生长产生一定影响。表面修饰是改变材料表面化学成分的重要方法。例如，通过化学或物理方法，可将生长因子、激素或其它化学物质固定在材料表面。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的之一在于提供一种生物功能化纳米钛材，通过改变材料表面的拓扑结构和化学成分，协同提高细胞在钛材表面的增殖及分化能力，进而提高钛材的骨整合性。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

生物功能化纳米钛材，钛材表面具有管径为30~100nm的TiO₂纳米管阵列，所述TiO₂纳米管阵列表面还固定有骨形态发生蛋白2（BMP2）。

进一步，所述BMP2通过聚多巴胺固定在TiO₂纳米管阵列表面。

本发明的目的之二在于提供一种所述生物功能化纳米钛材的制备方法，操作简便易行，周期短，成本低。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

生物功能化纳米钛材的制备方法，包括以下步骤：

a、将钛材按照常规方法进行预处理；

b、采用阳极氧化法在步骤a预处理后的钛材表面制备管径为30~100nm的TiO₂纳米管阵列；

c、在步骤b制得的TiO₂纳米管阵列表面沉积聚多巴胺；

d、通过接触反应使BMP2固定在步骤c制得的表面沉积有聚多巴胺的TiO₂纳米管阵列表面，即制得生物功能化纳米钛材。

进一步，所述步骤a是将钛材依次用丙酮、无水乙醇、去离子水超声清洗10~30分钟，干燥备用。

进一步，所述步骤b是以步骤a预处理后的钛材为阳极，铂电极为阴极，置氟化铵电解液中，在10~25V的恒电压下电解，将氧化后的钛材用去离子水洗涤，干燥，制得表面具有管径为30~100nm的TiO₂纳米管阵列的钛材。

进一步，所述步骤b是将氟化铵用体积分数为50%的乙醇溶液溶解制成浓度为0.27mol/L的溶液，作为电解液；再以步骤a预处理后的钛材为阳极，铂电极为阴极，置上述氟化铵电解液中，在10~25V的恒电压下电解3小时，将氧化后的钛材用去离子水洗涤，干燥，制得表面具有管径为30~100nm的TiO₂纳米管阵列薄膜的钛材。

进一步，所述步骤c是将步骤b制得的表面具有TiO₂纳米管阵列的钛材置碱性多巴胺溶液中反应，制得TiO₂纳米管阵列表面沉积有聚多巴胺的钛材。

进一步，所述步骤c是将盐酸多巴胺用浓度为10mmol/L的三羟甲基氨基甲烷缓冲液溶解制成浓度为2mg/mL的溶液，调节pH至8.5；将步骤b制得的表面具有TiO₂纳米管阵列的钛材浸入上述碱性多巴胺溶液中，室温下避光反应过夜，再用去离子水洗涤，干燥，制得TiO₂纳米管阵列表面沉积有聚多巴胺的钛材。

进一步，所述步骤d是将BMP2用PBS溶解制成浓度为80ng/mL的溶液，将步骤c制得的TiO₂纳米管阵列表面沉积有聚多巴胺的钛材浸入上述BMP2溶液中，4℃反应过夜，再用PBS洗涤，干燥，即制得生物功能化纳米钛材。