一種光交聯型生物基涂層的電沉積制備方法
【專利摘要】本發明提供了一種光交聯型生物基涂層的電沉積制備方法。該制備方法包括：利用含光敏基團的雙親性離子型生物基大分子自組裝得到膠束粒子，及包覆“功能因子”的復合自組裝膠束粒子；通過恒電位電沉積技術在醫用金屬表面成膜，經紫外光照交聯反應使膠束粒子發生交聯，得到基于自組裝膠束膜的醫用生物涂層材料。本方法操作簡便，條件溫和，適用范圍廣。
【專利說明】一種光交聯型生物基涂層的電沉積制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及高分子材料和醫用生物涂層相結合的【技術領域】，尤其是涉及一種生物基涂層的電沉積制備方法。
【背景技術】
[0002]本世紀以來，隨著科學技術和生產力的迅猛發展，人們的生活質量不斷提高以及壽命得到延長。如何提高患者在醫學治療中的康復效率，備受醫學界和材料工作者的關注。生物醫用材料的迅速發展，為實現這種要求提供了可能。另一方面，我國作為一個正走向人口老齡化的世界第一人口大國，對生物醫用材料的需求也越來越大。
[0003]在所有生物醫用材料中，生物醫用金屬材料以其優良的力學性能(如高機械強度和抗疲勞性能)、加工性能和可靠性在臨床醫學中獲得廣泛的應用。已經用于臨床的醫用金屬材料主要有不銹鋼、鈷基合金和鈦基合金三大類，此外還有形狀記憶合金、貴金屬以及純金屬鉭、鈮、鋯等。但目前的研究結果表明，生物醫用金屬材料是一種生物惰性材料，即在生物環境中能保持穩定，不發生或僅發生微弱化學反應的生物醫學材料，將醫用金屬材料應用在臨床上易導致毒副作用、炎癥、過敏反應和植入失效。因此，如何提高醫用金屬材料在植入體內的生物活性是擺在科學研究者面前的一個難題。
[0004]生物活性是指生物材料與活體組織產生化學鍵合的能力，是生物醫用材料研究設計中首先考慮的重要問題，是衡量生物 材料的一個重要指標。一些生物醫用高分子材料，如天然高分子材料，合成的多肽、仿酶、仿核酸和一些可降解的合成高分子材料，都被視為生物活性材料。此類生物醫用材料雖然具有良好的生物活性，但由于機械性能較差，難以滿足作為植入材料的要求，其作為生物醫用材料在臨床上的應用受到極大的限制。
[0005]因而，研究者們試圖將力學性能優異的生物惰性醫用金屬材料與生物活性良好的醫用高分子材料結合在一起，增加其作為醫學植入材料的成功幾率。其中以醫用金屬表面高分子涂層材料的制備最受關注。Y.s.Hedberg等將溶菌酶和牛血清蛋白吸附在316L不銹鋼的表面，研究結果表明上述兩種物質與不銹鋼基材之間具有較強的結合強度(Langmuir, 2012, 28: 16306-16317) ；A.M.Slane等采用硅烷偶聯劑法在不銹鋼植入材料表面制備生物相容性良好的碳水化合物膜材料(Appl.Mater.1nterfaces, 2011,3: 1601-1612) ；T.Liebert等采用浸涂法在醫用鈦合金表面制備葡聚糖生物涂層，該涂層對人體纖維母細胞及成骨細胞均具有良好的細胞相容性(Biomacromolecules, 2011,12: 3107-3113) ；P.N.Kumta課題組在醫用鎂合金表面制備了生物可降解聚合物涂層，涂層不但提高了鎂合金的耐腐蝕性能，而且對成骨細胞具有良好的細胞相容性(ActaBiomaterialia, 2013, 9: 8704-8713)。上述研究結果表明將生物基大分子涂層材料應用于醫用金屬表面，可顯著提高醫用金屬的生物活性。
[0006]近年來，隨著醫用生物基涂層材料研究的不斷深入，涂層的功能化成為一個新趨勢，科學研究者們在這方面也取得了許多豐碩的成果。Y.Nakayama等采用溫敏性的肝素生物共軛體制備了抗凝血涂層材料，該材料不但具有優良的生物相容性，而且抗凝血效應優異(Bioconjugate Chemistry, 2011, 22: 193-199) ;Α.M.Peterson 等在醫用欽合金表面制備了負載蛋白質的聚合物電解質涂層，涂層具有pH響應性，通過調節涂層的厚度及釋放溶液環境的pH值,可以達到控制藥物釋放的目的(Biomacromolecules, 2012,13: 3120-3126) ；S.Kunjukunju等利用層層自組裝技術,在醫用鎂合金表面制備天然聚多糖涂層，并以EDC.HCl和NHS為交聯劑，制備了交聯化及負載纖連蛋白的天然聚多糖涂層，研究表明，交聯及負載纖連蛋白的涂層可進一步提高成骨細胞的增殖與生長(ActaBiomaterialia, 2013，9: 8690-8703) ;Ρ.Lu等制備了負載紫杉醇藥物的生物涂層，并對涂層的藥物釋放性能進行了研究，通過改變涂層的結構與組成，可調控藥物的釋放，達到紫杉醇緩釋效果(Colloids and Surfaces B: Biointerfaces, 2011, 83: 23-28)。涂層的功能化實際上而言就是在醫用涂層中引入功能化基元，賦予涂層特殊的功能特性，如抗菌性、抗炎特性、抗凝血性等。功能基元的引入常采用化學法或物理包埋法。
[0007]醫用金屬表面涂層的發展與其制備方法息息相關，就目前而言，主要的制備方法包括:等離子噴涂法、激光涂覆法、溶膠凝膠法、仿生法、浸涂法、旋涂法、層層自組裝法、電沉積法等。其中電沉積法可以在形狀復雜的基體上制備出均勻的涂層；同時，通過控制電解液濃度、電壓、電流、溫度、時間等實驗參數，能有效地控制涂層的厚度、表面結構、基體與涂層間的結合強度等；此外，電沉積方法所需設備投資少、生產費用較低、對原材料的利用率高、工藝簡單、易于操作、條件溫和，是一種比較方便而且經濟的方法。由于電沉積法具有上述諸多優點，在生物涂層材料的制備中受到眾多研究者的青睞。
[0008]雙親性生物基大分子自組裝得到形態各異的組裝聚集體，包括球狀、棒狀、囊泡狀、片狀等，在光電器件、藥物控釋、微反應器、催化、傳感器、仿生自組裝、生物醫學等領域展現出極其重要的應用前景。在雙親性生物基大分子中引入羧基、氨基、叔氨基團等PH響應性基元，則可以通過調控溶液的pH值使自組裝膠束粒子表面荷電，結合電沉積技術，膠束粒子可于醫用金屬表面成膜，形成涂層材料。本課題組采用陰極電泳技術將荷正電的膠束粒子于玻碳電極表面制備印跡膜材料，該印跡電極對模板分子葡萄糖具有良好的識別性能和響應性能(專利文獻:W0 2111/095033 Al ;文章:Biosensors and Bioelectronics,2011，26: 2607-2612)，`該研究結果表明，電誘導膠束粒子制備膜或涂層材料具有可實際操作性。自組裝膠束粒子的尺寸一般在10-1000 nm之間，是一種優良的載體系統。Y.X.Cheng等研究了溫敏性雙親聚己內酯自組裝膠束粒子對抗癌藥物的釋放性能，研究表明通過控制不同溫度，可實現對抗癌藥物阿霉素和羅丹紅的緩釋(Biomacromolecules, 2012,13: 2163-2173)；ff.C.She等制備了具有pH響應性的雙親肝素自組裝膠束粒子，通過控制釋放環境的pH值調控藥物阿霉素的釋放速率(Biomaterials，2013, 34: 2252-2264) ；Y.P.Hou等制備負載牛血清蛋白的雙親性殼聚糖膠束粒子，對蛋白實現包覆和緩釋(Journalof biomedical materials research A, 2012, 100A (4): 939-947) ;Y.1.Chung 等制備了載有rhVEGF生長因子和溶菌酶的肝素功能化的聚乳酸-羥基乙酸共聚物膠體粒子，釋放實驗顯示,生長因子和溶菌酶均可緩慢釋放(Biomaterials, 2006, 27: 2621-2626)。
[0009]根據上述研究成果，我們不禁會提出這樣的疑問:負載藥物、蛋白、生長因子的膠束粒子具有抗炎、促進細胞增殖等功能特性，將其應用于生物醫用涂層材料領域，能否實現涂層的功能化？ c.T.Lo等制備了分別含有地塞米松和質粒DNA的PLGA納米粒子，并采用浸涂法于二氧化硅表面制備了涂層材料，該涂層對地塞米松和質粒DNA具有可控釋放特性(Biomaterials, 2010, 31: 3631_3642);H.J.Lee等采用浸涂法將共聚物自組裝膠束納米粒子及骨形態發生蛋白固定在醫用鈦合金表面，形成膜涂層材料，研究了蛋白釋放性能及涂層的細胞相容性，結果顯示所負載的骨形態發生蛋白能夠緩慢釋放并可以促進人脂肪干細胞的粘附及增殖(Journal of Controlled Release, 2013, 170: 198-208)。以上研究結果啟示我們:攜帶特殊“功能因子”(如蛋白、藥物、生長因子、抗炎因子等)的生物基大分子自組裝膠束粒子，在制備功能化醫用涂層領域同樣具有可實際操作性。
【發明內容】
[0010]針對現有技術存在的上述問題，本 申請人:提供了一種光交聯型生物基涂層的電沉積制備方法。本制備方法將分子自組裝技術與電沉積技術的優勢結合到一起，操作步驟簡便，實用性及適用性強。
[0011]本發明的技術方案如下:
一種光交聯型生物基涂層的電沉積制備方法，具體制備步驟如下:
(1)將原料、引發劑及溶劑混合，在(Tl00°C下，在常壓下攪拌反應2(T28h，反應完成后，所得反應液用纖維素膜透析，再經冷凍干燥，得到光敏雙親性離子型生物基大分子；
所述原料包括生物基大分子和光敏小分子，所述生物基大分子選自:透明質酸、聚谷氨酸、殼聚糖、羥甲基纖維素鈉、葡聚糖、海藻酸鈉、肝素、聚乳酸、聚乳酸-羥基乙酸共聚物中的一種或幾種；
所述光敏小分子選自:7-氨基-4-甲基香豆素、7-羥基香豆素、7-羥基-4-三氟甲基香豆素、7-氨基-4-三氟甲基香豆素、4-羥基香豆素、肉桂酸、咖啡酸、阿魏酸、4-香豆酸、肉桂酸乙酯、4-溴肉桂酸、阿魏酸乙酯、姜黃素、肉桂酸甲酯、2-羥基肉桂酸、3-羥基肉桂酸、4- 二甲氨基肉桂酸、2-氯肉桂酸、4-氯肉桂酸、4-硝基肉桂酸、肉桂酰氯、3，4，5-三甲氧基肉桂酸、4-甲基肉桂酸、DL-N-乙酰氨基肉桂酸、2，3, 4-三甲氧基肉桂酸、4-三氟甲基肉桂酸、1-甲基-4-(對甲酰苯乙烯基)吡啶甲基硫酸鹽中的一種或幾種；
所述引發劑選自:1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亞胺鹽酸鹽、N-羥基琥珀酰亞胺、1-羥基苯駢三氮唑、4-二甲氨基吡啶中的一種或幾種；
所述溶劑體積為2(T200 mL，選自:甲烷磺酸、水、二甲亞砜、四氫呋喃、N，N-二甲基甲酰胺中的一種；
所述光敏小分子與與生物基大分子的質量比為0.1~50，所述引發劑與生物基大分子的質量比為ο.1` 1ο；
(2)光敏雙親性離子型生物基大分子溶液的配置:將步驟(1)所合成的光敏雙親性離子型生物基大分子溶于良溶劑，配置濃度為1~40 mg/mL的光敏雙親性離子型生物基大分子溶液；
所述良溶劑選自:N，N-二甲基甲酰胺、二甲亞砜、四氫呋喃、二氯甲烷、三氯甲烷、二氧六環、甲烷磺酸、水中的一種或兩種混合溶劑；
(3)自組裝膠束粒子及包覆“功能因子”復合自組裝膠束粒子的制備:
自組裝膠束粒子的制備是在攪拌條件下，緩慢向步驟(2)配置的光敏雙親性離子型生物基大分子溶液中加入沉淀劑，誘導光敏雙親性離子型生物基大分子自組裝形成膠束粒子，或加入酸調節溶液的PH值為3.5飛誘導組裝；然后繼續攪拌3~4小時，固定膠束粒子形貌，得到濃度為0.1-25 mg/mL的自組裝膠束粒子溶液；
包覆“功能因子”復合自組裝膠束粒子的制備是在攪拌條件下，緩慢向步驟(2)配置的光敏雙親性離子型生物基大分子溶液中加入沉淀劑，誘導光敏雙親性離子型生物基大分子自組裝形成膠束粒子，在此過程中加入“功能因子”，加入量為光敏雙親性離子型生物基大分子質量的0.1%~50% ;然后加入酸或堿調節溶液的pH值為2-6或7-12，促進膠束粒子殼層基團離子化或質子化，保持足夠電荷實現電泳過程；然后繼續攪拌3~4小時，固定膠束粒子形貌，得到濃度為0.1-25 mg/mL的復合自組裝膠束粒子溶液；
所述沉淀劑選自:水、乙醇、甲醇、丁醇、異丙醇、乙二醇丁醚或丙酮中的一種或幾種； 所述酸選自:鹽酸、甲酸、乙酸、乳酸、硫酸、稀硝酸中的一種或幾種；
所述堿選自:氫氧化鈉、氫氧化鉀、三乙胺、乙醇胺、氨水、二乙醇胺或三乙醇胺中的一
種；
(4)膠束電沉積成膜:用金相砂紙打磨醫用金屬基材，然后對基材進行超聲處理；自組裝膠束粒子電沉積成膜:將上述預處理后的醫用金屬浸入步驟(3)所制備的濃度為0.r25mg/mL的自組裝膠束粒子溶液中，采用電沉積技術施加恒電位電壓，使荷電的自組裝膠束粒子向醫用金屬表面泳動并沉積成膠束膜，再經紫外光照交聯反應，可固定膠束膜的結構，得到基于自組裝膠束粒子的生物醫用涂層材料；
包覆“功能因子”復合自組裝膠束粒子電沉積成膜:將上述預處理后的醫用金屬浸入步驟(3)所制備的濃度為0.r25mg/mL的包覆“功能因子”復合自組裝膠束粒子溶液中，采用電沉積技術施加恒電位電壓，使荷電的包覆“功能因子”復合自組裝膠束粒子向醫用金屬表面泳動并沉積成膠束膜，再 經紫外光照交聯反應，可固定膠束膜的結構，得到基于包覆“功能因子”復合自組裝膠束粒子的生物醫用涂層。
[0012]步驟(1)中所合成的光敏雙親性離子型生物基大分子含有叔氨、氨基、羧基基團中的一種或兩種。
[0013]步驟(3)中所述的“功能因子”選自:抗菌因子、治療因子、細胞活性因子、抗炎藥物、蛋白中的一種或幾種。所述抗菌因子選自:青霉素、頭孢霉素、氟喹諾酮類藥物中的一種或幾種；所述治療因子為阿霉素；所述細胞活性因子選自:纖維母細胞生長因子、胰島素樣生長因子、β轉化因子、骨骼生長因子、骨形態發生蛋白中的一種或幾種；所述抗炎藥物選自:紫杉醇、吲哚美辛、地塞米松、丹參中的一種或幾種；所述的蛋白選自:牛血紅蛋白、牛血清蛋白、雞蛋白中的一種或幾種。
[0014]步驟(3)中所制備的膠束粒子具有pH敏感響應性、離子敏感響應性及光敏感響應性，膠束粒子尺寸在0.f 1000 nm之間。步驟(3)中所述的“功能因子”與光敏雙親性離子型生物基大分子發生的相互作用為靜電作用、氫鍵作用、配位作用、絡合作用中的一種或幾種。
[0015]步驟(4)中所述的醫用金屬選自:鈦及鈦合金、鈷及鈷基合金、316 L不銹鋼、鎂及鎂合金中的一種。步驟(4)中所述的膠束電沉積成膜，其外加的恒電位電壓與自組裝膠束粒子的荷電相反，所采用的電沉積工藝條件為:恒電位電位值為-180V~180V,電沉積時間為 Is~60 min。
[0016]控制光敏雙親性離子型生物基大分子自組裝膠束溶液的最終濃度或電沉積工藝的條件，可以調節醫用金屬表面膠束粒子電沉積膜的致密程度及厚度，從而調控涂層材料的實用性能。
[0017]步驟(1)中所合成的光敏雙親性離子型生物基大分子具有優異的pH敏感響應性、離子敏感響應性、光敏感響應性、生物可降解性、生物相容性、細胞相容性。
[0018]其中，自組裝膠束粒子和包覆“功能因子”的復合膠束粒子是兩種粒子；電沉積時兩種粒子都可以分別使用，前者電沉積制備的是普通的生物涂層，后者制備的是功能化的涂層，具有抗炎、抗菌、抗凝血等特性，即本發明自組裝膠束不但可以制備涂層，還可以賦予涂層功能特性，即功能特性的涂層。
[0019]本發明有益的技術效果在于:
本發明對生物基大分子改性，獲得具有雙親性、pH響應性、離子響應性、光敏感響應性的功能大分子，經自組裝后得到膠束粒子。
[0020]膠束粒子表面荷電且具有可光交聯特性，本發明創新性地以自組裝膠束粒子溶液為沉積液，通過恒電位電沉積技術在醫用金屬表面成膜，制備生物相容性和生物可降解性均較好的醫用生物涂層材料。
[0021]相比于硬度較大的無機粒子及聚合物大分子鏈的電沉積成膜而言，小尺寸的膠束粒子比表面積較大、軟硬適中，利于增加電誘導成膜速率及涂層與基材之間的鍵合能力。同時，還可以選取不同的“功能因子”作為復合自組裝單元，制備具有特殊功能的生物醫用涂層材料。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0022]圖1為實施例3制備的自組裝膠束粒子電沉積成膜的SEM圖。
【具體實施方式】
[0023]實施例1
一種光交聯型生物基涂層的電沉積制備方法，具體制備步驟如下:
(1)光敏雙親性離子型生物基大分子的合成:合成殼聚糖光敏雙親性離子型生物基大分子，將0.161 g的殼聚糖、0.633 g的肉桂酸及0.212 g的1_乙基_ (3-二甲基氨基丙基)碳二亞胺鹽酸鹽溶于20 mL甲烷磺酸，(TC下攪拌反應28 h，反應完成后，最終反應液經纖維素膜透析除去未反應的催化劑及小分子，冷凍干燥得到產物；
(2)光敏雙親性離子型生物基大分子溶液的配置:將步驟(1)中所合成的光敏雙親性離子型生物基大分子溶于N，N-二甲基甲酰胺中，配置濃度為5 mg/mL的殼聚糖光敏雙親性離子型生物基大分子溶液；
(3)自組裝膠束粒子及包覆“功能因子”復合自組裝膠束粒子的制備:自組裝膠束粒子的制備是在攪拌條件下，向步驟(2)中配置的5 mg/mL殼聚糖光敏雙親性離子型生物基大分子溶液中滴加沉淀劑水，誘導光敏雙親性離子型生物基大分子自組裝形成膠束粒子，繼續攪拌3 h，固定膠束形狀，得到濃度為I mg/mL的自組裝膠束粒子溶液；包覆“功能因子”復合自組裝膠束粒子的制備是在自組裝膠束制備過程中加入質量為光敏雙親性離子型生物基大分子質量2%的地塞米松，加乙酸調節溶液的pH=4~6 ；
(4)膠束電沉積成膜:用1200目的金相砂紙打磨醫用鈦合金，然后依次用30mL乙醇和30 mL丙酮對基材進行超聲處理；自組裝膠束粒子電沉積成膜:將上述預處理后的醫用鈦合金浸入步驟(3)所制備的濃度為I mg/mL的自組裝膠束粒子溶液中，采用電沉積技術施加IOV恒電位電壓，時間60min，使荷電的自組裝膠束粒子向醫用鈦合金表面泳動并沉積成膠束膜，再經紫外線光照進行交聯反應，可固定膠束膜的結構，得到基于自組裝膠束粒子的生物醫用涂層材料；
包覆“功能因子”復合自組裝膠束粒子電沉積成膜:將上述預處理后的醫用鈦合金浸入步驟(3)所制備的包覆“功能因子”復合自組裝膠束粒子溶液中，采用電沉積技術施加IOV恒電位電壓，時間60min，使荷電的包覆“功能因子”復合自組裝膠束粒子向醫用鈦合金表面泳動并沉積成膠束膜，再經紫外光照交聯反應，可固定膠束膜的結構，得到基于包覆“功能因子”復合自組裝膠束粒子的生物醫用涂層。
[0024]實施例2
一種光交聯型生物基涂層的電沉積制備方法，具體制備步驟如下:
(O光敏雙親性離子型生物基大分子的合成:合成聚谷氨酸光敏雙親性離子型生物基大分子，將0.659 g的聚谷氨酸、1.933 g的7-氨基-4-甲基香豆素、0.671 g的1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亞胺鹽酸鹽及0.5g 4-二甲氨基吡啶溶于150 mL 二甲亞砜，25°C下攪拌反應20 h，反應完成后，最終反應液經纖維素膜透析除去未反應的催化劑及小分子，冷凍干燥得到產物；
(2)光敏雙親性離子型生物基大分子溶液的配置:將步驟(1)中所合成的光敏雙親性離子型生物基大分子溶于良溶劑二甲亞砜中，配置濃度為20 mg/mL的聚谷氨酸光敏雙親性離子型生物基大分子溶液；
(3)自組裝膠束及包覆“功能因子”復合自組裝膠束粒子的制備:自組裝膠束制備是在攪拌條件下，向步驟(2)中配置的20 mg/mL聚谷氨酸光敏雙親性離子型生物基大分子溶液中滴加沉淀劑乙醇，誘導光敏雙親性離子型生物基大分子自組裝形成膠束粒子，繼續攪拌4h，固定膠束形狀，得到濃度為10 mg`/mL的自組裝膠束粒子溶液；包覆“功能因子”復合自組裝膠束粒子的制備是在自組裝膠束制備過程中加入質量為光敏生物基大分子質量35 %的吲哚美辛，加三乙胺調節溶液的pH=7、；
(4)膠束電沉積成膜:用1200目的金相砂紙打磨醫用鈷基合金，然后依次用30mL乙醇和30 mL丙酮對基材進行超聲處理；
自組裝膠束粒子電沉積成膜:將上述預處理后的鈷基合金浸入步驟(3)所制備的膠束粒子溶液中，采用電沉積技術施加150 V恒電位電壓，時間2 min，使荷電的膠束粒子向鈷基合金表面泳動并沉積成膠束膜，再經紫外線光照進行交聯反應，可固定膠束膜的結構，得到基于自組裝膠束粒子的生物醫用涂層材料；
包覆“功能因子”復合自組裝膠束粒子電沉積成膜:將上述預處理后的醫用鈷基合金浸入步驟(3 )所制備的包覆“功能因子”復合自組裝膠束粒子溶液中，采用電沉積技術施加150V恒電位電壓，時間2 min，，使荷電的包覆“功能因子”復合自組裝膠束粒子向醫用鈷基合金表面泳動并沉積成膠束膜，再經紫外光照交聯反應，可固定膠束膜的結構，得到基于包覆“功能因子”復合自組裝膠束粒子的生物醫用涂層。
[0025]實施例3
一種光交聯型生物基涂層的電沉積制備方法，具體制備步驟如下:
(I)光敏雙親性離子型生物基大分子的合成:將2 g透明質酸溶于100 mL溶劑水中，加入IOg 7-氨基-4-甲基香豆素，引發劑7g 1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亞胺鹽酸鹽、12g N-羥基琥珀酰亞胺，4°C下攪拌反應24 h。反應液經纖維素膜透析除去未反應的催化劑及小分子單體，冷凍干燥得到光敏雙親性離子型生物基大分子。
[0026](2)光敏雙親性離子型生物基大分子溶液的配置:將步驟(1)中的光敏雙親性離子型生物基大分子，在良溶劑水中配置濃度為3 mg/mL溶液； (3)自組裝膠束及包覆“功能因子”復合自組裝膠束粒子的制備:自組裝膠束制備是在攪拌條件下，加入乙酸調節步驟(2)中配置的3 mg/mL透明質酸光敏雙親性離子型生物基大分子溶液的PH值為4，誘導光敏雙親性離子型生物基大分子自組裝形成膠束粒子，繼續攪拌3 h，固定膠束形狀，得到濃度為I mg/mL的自組裝膠束粒子溶液；包覆“功能因子”復合自組裝膠束粒子的制備是在自組裝膠束制備過程中加入質量為光敏生物基大分子質量10%的牛血紅蛋白，加入氫氧化鈉調節溶液溶液的pH值為8。
[0027](4)膠束電沉積成膜:用1200目的金相砂紙打磨醫用鈦合金，然后依次用30 mL乙醇和30 mL丙酮對基材進行超聲處理；
自組裝膠束粒子電沉積成膜:將上述預處理后的鈦合金浸入步驟(3)所制備的膠束粒子溶液中，采用電沉積技術施加50 V恒電位電壓，時間20 min，使荷電的膠束粒子向鈦合金表面泳動并沉積成膠束膜，再經紫外光照交聯反應，可固定膠束膜的結構，得到基于自組裝膠束粒子的生物醫用涂層材料。膠束膜的SEM圖片如圖1所示；
包覆“功能因子”復合自組裝膠束粒子電沉積成膜:將上述預處理后的醫用鈦合金浸入步驟(3)所制備的包覆“功能因子”復合自組裝膠束粒子溶液中，采用電沉積技術施加50 V恒電位電壓，時間20 min，使荷電的包覆“功能因子”復合自組裝膠束粒子向醫用鈦合金表面泳動并沉積成膠束膜，再經紫外光照交聯反應，可固定膠束膜的結構，得到基于包覆“功能因子”復合自組裝膠束粒子的生物醫用涂層。
[0028]實施例4
一種光交聯型生物基涂層的電沉積制備方法，具體制備步驟如下:
(1)光敏雙親性離子型生物基大分子的合成:將2g的海藻酸鈉溶于200 mL溶劑水中，加入60 g咖啡酸，引發劑3 g的1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亞胺鹽酸鹽、6g的1-羥基苯駢三氮唑，80°C下攪拌反應20 h。反應液經纖維素膜透析除去未反應的催化劑及小分子單體，冷凍干燥得到光敏雙親性離子型生物基大分子
(2)光敏雙親性離子型生物基大分子溶液的配置:將步驟(1)中的光敏雙親性離子型生物基大分子溶于良溶劑水，配置成濃度為5 mg/mL的光敏雙親性離子型生物基大分子溶液；
(3)自組裝膠束及包覆“功能因子”復合自組裝膠束粒子的制備:自組裝膠束制備是在攪拌條件下，加入乳酸調節步驟(2)中配置的5 mg/mL光敏雙親性離子型生物基大分子溶液的PH值為6，誘導光敏雙親性離子型生物基大分子自組裝形成膠束粒子，繼續攪拌4 h，固定膠束形狀，得到濃度為3 mg/mL的自組裝膠束粒子溶液；包覆“功能因子”復合自組裝膠束粒子的制備是在自組裝膠束制備過程中加入質量為光敏生物基大分子質量10 %的紫杉醇，加入氫氧化鈉調節溶液溶液的PH值為12。
[0029](4)膠束電沉積成膜:用1200目的金相砂紙打磨醫用316L不銹鋼，然后依次用30mL無水乙醇和30 mL丙酮對基材進行超聲處理；自組裝膠束粒子電沉積成膜:將上述預處理后的316L不銹鋼浸入步驟(3)所制備的膠束粒子溶液中，采用電沉積技術施加20 V恒電位電壓，時間40min，使荷電的膠束粒子向316L不銹鋼表面泳動并沉積成膠束膜，再經紫外光照交聯反應，可固定膠束膜的結構，得到基于自組裝膠束粒子的生物醫用涂層材料；
包覆“功能因子”復合自組裝膠束粒子電沉積成膜:將上述預處理后的醫用316L不銹鋼浸入步驟(3)所制備的包覆“功能因子”復合自組裝膠束粒子溶液中，采用電沉積技術施加20 V恒電位電壓，時間40min，使荷電的包覆“功能因子”復合自組裝膠束粒子向醫用316L不銹鋼表面泳動并沉積成膠束膜，再經紫外光照交聯反應，可固定膠束膜的結構，得到基于包覆“功能因子”復合自組裝膠束粒子的生物醫用涂層。
[0030] 上述實施例用來解釋說明本發明，而不是對本發明進行限制，在本發明的精神和權利要求的保護范圍內，對本`發明作出的任何修改和改變，都落入本發明的保護范圍。
【權利要求】
1.一種光交聯型生物基涂層的電沉積制備方法，其特征在于具體制備步驟如下: (1)將原料、引發劑及溶劑混合，在(TlOO°C下，在常壓下攪拌反應2(T28h，反應完成后，所得反應液用纖維素膜透析，再經冷凍干燥，得到光敏雙親性離子型生物基大分子； 所述原料包括生物基大分子和光敏小分子，所述生物基大分子選自:透明質酸、聚谷氨酸、殼聚糖、羥甲基纖維素鈉、葡聚糖、海藻酸鈉、肝素、聚乳酸、聚乳酸-羥基乙酸共聚物中的一種或幾種； 所述光敏小分子選自:7-氨基-4-甲基香豆素、7-羥基香豆素、7-羥基-4-三氟甲基香豆素、7-氨基-4-三氟甲基香豆素、4-羥基香豆素、肉桂酸、咖啡酸、阿魏酸、4-香豆酸、肉桂酸乙酯、4-溴肉桂酸、阿魏酸乙酯、姜黃素、肉桂酸甲酯、2-羥基肉桂酸、3-羥基肉桂酸、4- 二甲氨基肉桂酸、2-氯肉桂酸、4-氯肉桂酸、4-硝基肉桂酸、肉桂酰氯、3，4，5-三甲氧基肉桂酸、4-甲基肉桂酸、DL-N-乙酰氨基肉桂酸、2，3, 4-三甲氧基肉桂酸、4-三氟甲基肉桂酸、1-甲基-4-(對甲酰苯乙烯基)吡啶甲基硫酸鹽中的一種或幾種； 所述引發劑選自:1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亞胺鹽酸鹽、N-羥基琥珀酰亞胺、1-羥基苯駢三氮唑、4-二甲氨基吡啶中的一種或幾種； 所述溶劑體積為2(T200 mL，選自:甲烷磺酸、水、二甲亞砜、四氫呋喃、N，N-二甲基甲酰胺中的一種； 所述光敏小分子與與生物基大分子的質量比為0.1~50，所述引發劑與生物基大分子的質量比為ο.ιο； (2)光敏雙親性離子型生物基大分子溶液的配置:將步驟(1)所合成的光敏雙親性離子型生物基大分子溶于良溶劑，配置濃度為1~40 mg/mL的光敏雙親性離子型生物基大分子溶液； 所述良溶劑選自:N，N-二甲基甲酰胺、二甲亞砜、四氫呋喃、二氯甲烷、三氯甲烷、二氧六環、甲烷磺酸、水中的一種或兩種混合溶劑； (3)自組裝膠束粒子及包覆“功能因子”復合自組裝膠束粒子的制備: 自組裝膠束粒子的制備是在攪拌條件下，緩慢向步驟(2)配置的光敏雙親性離子型生物基大分子溶液中加入沉淀劑，誘導光敏雙親性離子型生物基大分子自組裝形成膠束粒子，或加入酸調節溶液的PH值為3.5飛誘導組裝；然后繼續攪拌3~4小時，固定膠束粒子形貌，得到濃度為0.25 mg/mL的自組裝膠束粒子溶液； 包覆“功能因子”復合自組裝膠束粒子的制備是在攪拌條件下，緩慢向步驟(2)配置的光敏雙親性離子型生物基大分子溶液中加入沉淀劑，誘導光敏雙親性離子型生物基大分子自組裝形成膠束粒子，在此過程中加入“功能因子”，加入量為光敏雙親性離子型生物基大分子質量的0.1%~50% ;然后加入酸或堿調節溶液的pH值為2飛或7~12，促進膠束粒子殼層基團離子化或質子化，保持足夠電荷實現電泳過程；然后繼續攪拌3~4小時，固定膠束粒子形貌，得到濃度為0.25 mg/mL的復合自組裝膠束粒子溶液； 所述沉淀劑選自:水、乙醇、甲醇、丁醇、異丙醇、乙二醇丁醚或丙酮中的一種或幾種； 所述酸選自:鹽酸、甲酸、乙酸、乳酸、硫酸、稀硝酸中的一種或幾種； 所述堿選自:氫氧化鈉、氫氧化鉀、三乙胺、乙醇胺、氨水、二乙醇胺或三乙醇胺中的一種； (4)膠束電沉積成膜:用金相砂紙打磨醫用金屬基材，然后對基材進行超聲處理；自組裝膠束粒子電沉積成膜:將上述預處理后的醫用金屬浸入步驟(3)所制備的濃度為0.r25mg/mL的自組裝膠束粒子溶液中，采用電沉積技術施加恒電位電壓，使荷電的自組裝膠束粒子向醫用金屬表面泳動并沉積成膠束膜，再經紫外光照交聯反應，可固定膠束膜的結構，得到基于自組裝膠束粒子的生物醫用涂層材料； 包覆“功能因子”復合自組裝膠束粒子電沉積成膜:將上述預處理后的醫用金屬浸入步驟(3)所制備的濃度為0.r25mg/mL的包覆“功能因子”復合自組裝膠束粒子溶液中，采用電沉積技術施加恒電位電壓，使荷電的包覆“功能因子”復合自組裝膠束粒子向醫用金屬表面泳動并沉積成膠束膜，再經紫外光照交聯反應，可固定膠束膜的結構，得到基于包覆“功能因子”復合自組裝膠束粒子的生物醫用涂層。
2.根據權利要求1所述的光交聯型生物基涂層的電沉積制備方法，其特征在于，步驟(O中所合成的光敏雙親性離子型生物基大分子含有叔氨、氨基、羧基基團中的一種或兩種。
3.根據權利要求1所述的光交聯型生物基涂層的電沉積制備方法，其特征在于，步驟(3)中所述的“功能因子”選自:抗菌因子、治療因子、細胞活性因子、抗炎藥物、蛋白中的一種或幾種。
4.根據權利要求3所述的光交聯型生物基涂層的電沉積制備方法，其特征在于，所述抗菌因子選自:青霉素、頭孢霉素、氟喹諾酮類藥物中的一種或幾種；所述治療因子為阿霉素；所述細胞活性因子選自:纖維母細胞生長因子、胰島素樣生長因子、β轉化因子、骨骼生長因子、骨形態發生蛋白中的一種或幾種；所述抗炎藥物選自:紫杉醇、吲哚美辛、地塞米松、丹參中的一種或幾種；所述的蛋白選自:牛血紅蛋白、牛血清蛋白、雞蛋白中的一種或幾種。
5.根據權利要求1所述的光交聯型生物基涂層的電沉積制備方法，其特征在于，步驟(3)中所制備的膠束粒子具有pH敏感響應性、離子敏感響應性及光敏感響應性，膠束粒子尺寸在0.1~1000 nm之間。`
6.根據權利要求1所述的光交聯型生物基涂層的電沉積制備方法，其特征在于，步驟(3)中所述的“功能因子”與光敏雙親性離子型生物基大分子發生的相互作用為靜電作用、氫鍵作用、配位作用、絡合作用中的一種或幾種。
7.根據權利要求1所述的光交聯型生物基涂層的電沉積制備方法，其特征在于，步驟(4)中所述的醫用金屬選自:鈦及鈦合金、鈷及鈷基合金、316L不銹鋼、鎂及鎂合金中的一種。
8.根據權利要求1所述的光交聯型生物基涂層的電沉積制備方法，其特征在于，步驟(4)中所述的膠束電沉積成膜，其外加的恒電位電壓與自組裝膠束粒子的荷電相反，所采用的電沉積工藝條件為:恒電位電位值為-180V~180V，電沉積時間為Is~60 min。
9.根據權利要求1所述的光交聯型生物基涂層的電沉積制備方法，其特征在于，控制光敏雙親性離子型生物基大分子自組裝膠束溶液的最終濃度或電沉積工藝的條件，可以調節醫用金屬表面膠束粒子電沉積膜的致密程度及厚度，從而調控涂層材料的實用性能。
【文檔編號】A61L31/10GK103757683SQ201410006455
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2014年1月7日 優先權日:2014年1月7日
【發明者】劉曉亞, 孫家娣, 孟龍, 魏瑋, 羅靜 申請人:江南大學