[发明专利]钛合金表面生长因子复合涂层的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及领域为生物医用金属复合材料，将生长因子纳米凝胶和靶向因子Biotin-PEG-NHS相连，然后将钛合金表面用多巴胺处理，通过多巴胺的自由基诱导的自聚作用将亲和素Avidin耦合到钛合金表面，再通过生物素Biotin和Avidin的特异性的生物亲和作用将生长因子纳米凝胶固定到钛合金表面，从而实现一种新的生物医用骨替代材料的制备 

背景技术

随着人口老龄化和老年退行性疾病年轻化的趋势，各种脊柱和关节疾患的发病率逐年增加，需要进行脊柱融合手术和关节置换手术的数量也随之递增。钛合金具有优异的力学性能和良好的生物相容性，其作为主体材料已被广泛应用于此类手术，市场需求日益增加。但是，由于治疗对象为患骨质疏松症的老年人，他们体内的骨代谢失衡，其骨吸收胜过骨生成。而钛合金为生物惰性，其与植入部位骨组织整合性差，易于周围宿主组织分离而引起松动。因此，改善钛合金的生物活性，提升植入部位骨组织的修复能力、缩短愈合时间成为目前医用钛合金的研究焦点，而钛合金与骨的整合速率和植入后的稳定性主要取决于表面涂层的生物活性和骨诱导性。 

基于对骨整合过程中分子时间的认识，在骨重建的不同阶段起关键作用的生长因子或基因的作用逐渐明确。在钛合金表面负载生长因子可增加植入部位生长因子浓度，提高骨组织的形成速度。早在1989年，Aspenberg就将胰岛素生长因子与钛组合用于骨的修复，从此以后，国内外一些课题组也陆续开展了类似的研究，目前针对骨科的应用，研究最多的骨形态发生蛋白2（BMP-2）。解放军总医院的李众利等采用三维连通多孔钛结构复合BMP-2，肌肉植入实验发现BMP-2能促使纤维组织长入孔隙结构内部，刺激血管生成，且30天后发现有钙化骨组织形成。 

但是对于生长因子，其实际应用都面临着投递方式和活性保持两个主要问题。已经报导的钛合金表面生长因子投递技术包括：表面直接共价偶联、通过天然大分子共价结合、可生物降解合成聚合物物理包埋涂覆、羟基磷灰石和二氧化钛纳米管储库式承载等。虽然生长因子应用于钛合金表面促进骨整合与修复已有大量的研究，但在活性保持和持续投递等方面还难以满足临床需求。最近，卢云峰课题组以Nanogel技术成功投递生长因子，该技术通过自由基反应，以高分子单分子膜包覆蛋白，形成粒径40-80nm的微粒，可有效提高蛋白的稳定性。从而解决了生长因子稳定性的问题。但是在对钛合金材料改性时，由于钛合金本身的惰 性和生长因子Nanogel的大尺寸造成的空间位阻效应，很难实现生长因子Nanogel在钛合金表面的直接固定化。因此必须选择合适的媒介来实现这种固定化。 

本发明基于将生长因子纳米凝胶表面处理出靶向因子Biotin-PEG-NHS，然后将亲和素Avidin通过多巴胺自聚合的方式固定在钛合金表面上，通过Biotin和Avidin的生物亲和作用实现生长因子纳米凝胶在钛合金表面的固定化，实现生物医用复合材料的功能 

发明内容

本发明的目的是将具有高稳定性的生长因子纳米凝胶通过自由基诱导的多巴胺自聚合反应和Biotin和Avidin的生物识别作用偶联到钛合金表面，实现植入钛合金部位骨组织的快速修复。 

本发明的原理是生长因子纳米凝胶表面处理出靶向因子Biotin-PEG-NHS，然后将亲和素Avidin通过多巴胺自聚合的方式固定在钛合金表面上，通过Biotin和Avidin的生物亲和作用实现生长因子纳米凝胶在钛合金表面的固定化，实现生物医用复合材料的功能 

本发明的制备方法如下： 

钛合金表面生长因子复合涂层的制备方法，将生长因子纳米凝胶和靶向因子Biotin-PEG-NHS相连，然后将钛合金表面用多巴胺处理，通过多巴胺的自聚作用将亲和素Avidin耦合到钛合金表面，再通过生物素Biotin和Avidin的特异性的生物亲和作用将生长因子纳米凝胶固定到钛合金表面 

所述的生长因子包括：骨形态发生蛋白（BMP）、转化生长因子（TGF）、血管内皮生长因子（VEGF）、血小板衍生生长因子（PDGF）或成纤维细胞生长因子（FGF）。 

所述的靶向因子Biotin-PEG-NHS为Biotin-PEG₄-NHS和Biotin-PEG₂₀-NHS。 

所述的多巴胺在钛合金表面的自聚作用为过硫酸铵（APS）诱导的自由基聚合。 

构建钛合金表面生长因子复合涂层的制备方法，步骤如下：