[发明专利]用于医用金属植入体表面的结构可控的磁响应矿化胶原涂层及其制备方法

说明书

本发明公开了一种用于医用金属植入体表面的结构可控的磁响应矿化胶原涂层，该涂层由矿化胶原与Fe₃O₄纳米颗粒构成，且Fe₃O₄纳米颗粒分布于矿化胶原中，该涂层采用磁场辅助的交替电位法，通过调整电解液组成、沉积过程中磁场强度等参数，将纳米磁性颗粒复合到矿化胶原中，在金属植入体表面制得具有磁响应以及结构可控的矿化胶原的改性层。该方法通过外磁场和电化学沉积的有效组合实现结构可控的磁响应矿化胶原涂层制备，进而对细胞分化行为进行调控，在硬骨组织修复中具有应用前景。

技术领域

本发明涉及一种涂层及其制备方法，尤其涉及一种用于医用金属植入体表面的结构可控的磁响应矿化胶原涂层及其制备方法。

背景技术

自然骨的生长重建过程处于动态微环境中，骨组织在日常活动中会受到一定频率的物理刺激。因此细胞/组织生长除了需要材料提供静态生物微环境外，生物学刺激也是必不可缺的重要调制手段。大量研究证明适当的力学刺激在成骨生长或骨重塑过程中，起着相当重要的促进和调制作用。磁性纳米颗粒由于其被证实的生物相容性以及在外磁场下的可操作性近几年被广泛应用于生物医学领域。磁性纳米颗粒在外磁场下发生磁矩的再定位，引起颗粒的旋转甚至定向排列，颗粒与颗粒之间在沿着磁场方向产生吸引力，在垂直磁场方向产生排斥力。水凝胶是一种柔性材料，溶胀后可在外力作用下发生形变。通过在水凝胶中复合磁性颗粒，利用颗粒在外磁场下的运动对水凝胶施加外力，导致凝胶网络的变构进而对其上细胞实现力学刺激。目前磁性水凝胶在组织工程支架的应用相对广泛，作为表面修饰却鲜有报道。因此我们希望寻求一种合适的可制备在植入体表面的材料，并且利用外磁场对细胞实现力学刺激。矿化胶原具有类似于水凝胶的性质，在生理环境中会发生再溶胀。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种用于医用金属植入体表面的结构可控的磁响应矿化胶原涂层及其制备方法。

本发明的用于医用金属植入体表面的结构可控的磁响应矿化胶原涂层，其特征在于，该涂层由矿化胶原与Fe₃O₄纳米颗粒构成，且Fe₃O₄纳米颗粒分布于矿化胶原中，所述的涂层具有0.1～10emu/g的饱和磁化强度，1～3的溶胀度。

上述技术方案中，进一步的，所述的涂层中矿化胶原呈定向排列，且Fe₃O₄纳米颗粒集中分布于涂层的表层中。呈定向排列的矿化胶原其纤维尺寸在0.3～2μm。

进一步的，所述的Fe₃O₄纳米颗粒的尺寸为30-200nm，选择该尺寸可以确保涂层顺利沉积并保持均匀的结构。

进一步的，所述的Fe₃O₄纳米颗粒占涂层质量比为0.1％-10％，当Fe₃O₄纳米颗粒量过大时会造成涂层力学性能的下降并会产生细胞毒性，影响其后续应用。

制备如上所述的结构可控的磁响应矿化胶原的方法，包括以下步骤：

1)清洁金属基板表面；

2)配制电解液：将含钙化合物溶于水中，配制成钙浓度为10～100mM的水溶液，将含磷化合物溶于水中，配制成含磷浓度为10～100mM的水溶液，将含钙水溶液和含磷水溶液搅拌混合获得钙磷混合溶液；

将I型胶原溶于醋酸中搅拌形成胶原溶液，其胶原浓度为0.5g/L，将胶原溶液和浓度为0.01～1mg/mL的Fe₃O₄纳米颗粒溶胶加入上述钙磷混合溶液中，使Fe₃O₄纳米颗粒和胶原的质量比为0.25～1，调整电解液pH值为4.2～4.5；