一种具有载药压电涂层的骨植入假体及其制备方

本发明涉及生物医学，具体涉及一种具有载药压电涂层的骨植入假体及其制备方法和应用。背景技术：1、骨植入假体置换术是骨科常见的外科手术，其中有超过10％的手术会因无菌性松动而需要翻修，从而造成经济损失，增加患者痛苦。无菌性松动是指假体在没有任何临床或微生物感染证据的情况下发生松动，也就是骨植入物与机体本身的骨没有完成快速的骨整合，其发生原因被认为是骨植入物磨损产生的微小颗粒导致巨噬细胞吞噬功能异常。破骨细胞是由巨噬细胞融合而成的一种多核终末细胞，能够与骨表面结合形成骨吸收坑将骨溶解。成骨细胞由间充质干细胞分化而来，成熟的成骨细胞能够矿化分泌骨基质形成新的骨。在正常的生物体中，破骨细胞与成骨细胞共同维持动态的骨重建过程。在无菌性松动中，破骨细胞发挥了异常功能作用，破骨细胞的过度表达加剧了骨溶解，而成骨细胞骨形成过程不足以弥补破骨细胞的骨溶解，因此导致骨重建平衡被打破。植入物松动后产生更多的磨损颗粒，颗粒导致破骨被进一步激活，从而进一步促进植入物的松动，形成恶性循环。要打破这种恶性循环，关键是要抑制破骨细胞的过度表达，促进成骨细胞的快速成熟，让植入假体与骨界面形成快速的骨结合。2、电刺激疗法已被证明是促进骨修复的有效手段，能够在体内外有效促进成骨细胞的分化。如何对骨植入假体进行处理，从而在骨植入假体上实现利用电刺激疗法成为解决问题的关键，发明人在研究过程中发现，背景技术至少存在以下缺陷：1.传统的能量供应系统依赖于外部电源，而常规的压电材料又存在压电系数较低的问题，需要在日常行为或者超声产生的机械力下才能产生有效的电信号。2.骨植入假体在与机体自身骨骼接触后，其表面容易脱落微小颗粒，导致植入物的无菌性松动发生。技术实现思路1、针对现有技术的不足之处，本发明的第一目的在于提供一种具有载药压电涂层的骨植入假体，能够解决现有技术中骨植入假体存在的压电效果差、骨植入假体表面容易脱落微小颗粒的技术问题中至少一项。2、本发明的第二目的是提供上述具有载药压电涂层的骨植入假体的制备方法，该方法能够制备获得该骨植入假体，具有制备方法简捷，操作过程简单，可加工性强和制作成本低的优点。3、本发明的第三目的是提供上述具有载药压电涂层的骨植入假体在作为骨植入假体中的应用。4、为了实现上述目的，本发明提供的技术方案是：5、根据本发明第一个方面的内容，本发明提供一种具有载药压电涂层的骨植入假体，包括：6、承重骨植入基材；7、聚多巴胺连接层，形成于所述承重骨植入基材上，所述聚多巴胺连接层至少覆盖所述承重骨植入基材与机体自身骨组织的接触面；8、掺杂有药物的压电聚合物包覆层，形成于聚多巴胺连接层的表面，所述压电聚合物包覆层与所述聚多巴胺连接层的形状相适配，以使得所述压电聚合物包覆层与所述承重骨植入基材之间形成均匀附着力。9、进一步地，所述药物均匀分布于所述压电聚合物中；10、优选地，所述压电聚合物包覆层为采用聚合物纳米纤维定向排列形成的薄膜，所述药物在所述聚合物纳米纤维结构中分布；11、和/或，所述药物选自唑来膦酸、阿仑膦酸钠、降钙素中至少一种；12、优选地，所述药物为唑来膦酸。13、进一步地，所述承重骨植入基材选自金属材料、金属氧化物、非金属氧化物、半导体、玻璃、陶瓷以及聚合物材料中的至少一种；14、优选地，所述承重骨植入基材为金属材料；15、优选地，所述金属材料选自ti、au、ag、pt、pd、cu、不锈钢、钛合金、钴合金、niti形状记忆合金中至少一种；16、优选地，所述金属氧化物选自tio2、al2o3、zro2和nb2o5中至少一种；17、优选地，所述半导体选自gaas和si3n4中至少一种；18、优选地，所述聚合物材料选自ps、pe、pc、pet、ptfe、pdms和peek中至少一种。19、进一步地，所述压电聚合物包覆层中聚合物选自左旋聚乳酸、聚偏二氟乙烯、聚β-羟基丁酸酯中至少一种；20、优选地，所述压电聚合物采用取向左旋聚乳酸纳米纤维结构；21、优选地，所述左旋聚乳酸的分子量为20万～50万的；22、优选地，所述左旋聚乳酸纳米纤维的直径为100nm～1000nm；23、优选地，所述左旋聚乳酸纳米纤维的直径为300nm～800nm；24、优选地，所述左旋聚乳酸纳米纤维的直径为500nm～700nm；25、优选地，所述左旋聚乳酸纳米纤维为结晶态左旋聚乳酸纳米纤维；优选地，所述左旋聚乳酸纳米纤维的晶型形态为α-晶型；26、和/或，所述压电聚合物包覆层的厚度为20μm～80μm；27、优选地，所述压电聚合物包覆层的厚度为40μm～60μm；28、和/或，所述聚多巴胺连接层的厚度为30nm～100nm。29、根据本发明第二个方面的内容，本发明提供具有载药压电涂层的骨植入假体的制备方法，包括以下步骤：30、步骤(1)：将骨植入基材置于含有盐酸多巴胺的碱性液体中，使多巴胺在骨植入基材至少与机体自身骨组织的接触面进行自聚，得到具有聚多巴胺连接层的骨植入基材；31、步骤(2)：以步骤(1)得到的具有聚多巴胺连接层的骨植入基材作为接收器，配置含有药物的聚合物液体作为纺丝液，利用静电纺丝法结合高温退火处理，在聚多巴胺连接层表面均匀覆盖具有载药压电特性的聚合物纳米纤维，得到掺杂有药物的压电聚合物包覆层。32、进一步地，还包括在步骤(1)进行之前，对骨植入基材进行预处理，预处理方法为将所述骨植入基材依次进行酸洗、水洗、晾干，以除去骨植入基材表面的杂质；33、优选地，所述预处理方法为，将所述骨植入基材置于王水中5s～60s，取出后采用去离子水清洗并晾干。34、进一步地，步骤(1)具有聚多巴胺连接层的骨植入基材的制备方法为：35、将骨植入基材置于含有盐酸多巴胺的tris溶液中，使骨植入基材表面充分接触溶液，避光在摇床中放置12h～36h，使多巴胺在骨植入基材表面自发聚集形成一层聚多巴胺薄膜，取出骨植入基材并用清水冲洗并晾干得到具有聚多巴胺连接层的骨植入基材。36、进一步地，步骤(2)所述静电纺丝的方法为：37、纺丝采用正高压8kv～13kv，负高压2kv～5kv；纺丝距离为8cm～15cm，溶液挤出速度为0.5ml/l～1.5ml/h；接收器旋转速度为800r/min～2000r/min，纺丝时间为5min～15min；38、和/或，步骤(2)所述高温退火温度为120℃～140℃，退火时间为4h～8h。39、进一步地，所述药物均匀分布于所述压电聚合物中；40、优选地，所述压电聚合物包覆层为采用聚合物纳米纤维定向排列形成的薄膜，所述药物在所述聚合物纳米纤维结构中分布；41、和/或，所述药物选自唑来膦酸、阿仑膦酸钠、降钙素中至少一种；42、优选地，所述药物为唑来膦酸。43、和/或，所述承重骨植入基材选自金属材料、金属氧化物、非金属氧化物、半导体、玻璃、陶瓷以及聚合物材料中的至少一种；44、优选地，所述承重骨植入基材为金属材料；45、优选地，所述金属材料选自ti、au、ag、pt、pd、cu、不锈钢、钛合金、钴合金、niti形状记忆合金中至少一种；46、优选地，所述金属氧化物选自tio2、al2o3、zro2和nb2o5中至少一种；47、优选地，所述半导体选自gaas和si3n4中至少一种；48、优选地，所述聚合物材料选自ps、pe、pc、pet、ptfe、pdms和peek中至少一种。49、进一步地，所述压电聚合物包覆层中聚合物选自左旋聚乳酸、聚偏二氟乙烯、聚β-羟基丁酸酯中至少一种；50、优选地，所述压电聚合物采用取向左旋聚乳酸纳米纤维结构；51、优选地，所述左旋聚乳酸的分子量为20万～50万的；52、优选地，所述左旋聚乳酸纳米纤维的直径为100nm～1000nm；53、优选地，所述左旋聚乳酸纳米纤维的直径为300nm～800nm；54、优选地，所述左旋聚乳酸纳米纤维的直径为500nm～700nm；55、优选地，所述左旋聚乳酸纳米纤维为结晶态左旋聚乳酸纳米纤维；56、优选地，所述左旋聚乳酸纳米纤维的晶型形态为α-晶型；57、和/或，所述压电聚合物包覆层的厚度为20μm～80μm；58、优选地，所述压电聚合物包覆层的厚度为40μm～60μm；59、和/或，所述聚多巴胺连接层的厚度为30nm～100nm。60、根据本发明第三个方面的内容，本发明提供上述具有载药压电涂层的骨植入假体，或根据上述方法制备得到的具有载药压电涂层的骨植入假体在作为骨假体植入物中的应用；61、优选地，所述骨假体植入物为承重部位骨植入假体；62、优选地，所述承重部位骨植入假体选自接骨板、骨钉、固定支架、关节假体中至少一种；63、优选地，所述关节假体为髋关节假体或膝关节假体。64、与现有技术相比，本发明的有益效果是：65、1.本技术的上述方案通过在承重骨植入基材表面修饰具有掺杂有药物的压电聚合物包覆层，并采用聚多巴胺连接层增强压电聚合物包覆层在骨植入基材表面的粘附力，首先，压电聚合物包覆层能够有效减少骨植入基材与机体本身骨骼之间的直接磨损，减少骨植入基材表面脱落微小颗粒，从而降低无菌性松动发生；其次，本技术实施例采用的左旋聚乳酸纳米纤维制备的柔性的压电聚合物包覆层相对于羟基磷灰石、碳酸锶或金属锶等的脆性材料包覆层，柔性的压电聚合物包覆层自身不易产生破碎，减少表面脱落微小颗粒，降低无菌性松动的发生；再次，具有压电特性的压电聚合物包覆层能够在细胞自身的细胞牵引力作用下产生压电信号从而促进成骨细胞的分化，进一步促进骨植入假体的骨整合，使骨植入假体与生物体形成稳定连续结构，提高整体结构强度，从而进一步有效避免了骨植入假体的无菌性松动；再次，掺杂的药物可以作为成核剂提高plla的压电性，使得压电性增强的压电聚合物包覆层能够在不依靠外部干预的情况下，材料表面的细胞在生长迁移过程中产生的细胞牵引力足以引起材料产生更有效的压电信号从而促进了成骨细胞的分化，进一步加快骨整合；最后，掺杂的药物本身发挥治疗作用，进一步预防无菌松动的发生。总而言之，由于压电聚合物包覆层自身的包覆性、不易破损性、进一步改善的压电性促进骨整合提高整体结构强度以及药物之间的协同作用，大幅度减少无菌性松动，提高临床手术成功率。66、2.本技术优选实施方式，选择左旋聚乳酸作为压电聚合物，选择唑来膦酸作为药物，试验数据证明，一方面，唑来膦酸可以显著提高左旋聚乳酸的压电性，使得压电性增强的压电聚合物包覆层能够在不依靠外部干预的情况下，材料表面的细胞在生长迁移过程中产生的细胞牵引力足以引起材料产生有效的压电信号从而促进了成骨细胞的分化，实现了植入物的快速骨整合。另一方面，唑来膦酸可以从plla中缓慢释放出来，起到药物缓释的效果，长期有效地抑制破骨细胞的分化，进而更加预防了无菌性松动的发生。唑来膦酸的压电增强作用和一直破骨细胞分化的协同作用，进一步预防并大幅降低了无菌性松动的发生。本技术的承重骨植入基材表面修饰的左旋聚乳酸纤维以及聚多巴胺是生物可降解的，对身体无毒害作用，这大大提高了其临床应用的可能性。67、3.本技术实施例提供的具有载药压电涂层的骨植入假体的制备方法，具有制备方法简捷、操作过程简单，可加工性强，制作成本低的优点。68、说明书附图69、为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图；70、图1为本技术实施例具有载药压电涂层的骨植入假体的结构示意图；71、图2为本技术实施例制备的载药压电涂层的钛棒的截面照片；72、图3为本技术实施例载药压电涂层的微观结构图；73、图4为本技术实施例具有载药压电涂层的静电纺丝过程示意图；74、图5为本技术实施例载药压电涂层的压电性能测试结果；75、图6为本技术实施例载药压电涂层的药物释放速率结果；76、图7为本技术实施例载药压电涂层的细胞生物相容性研究结果；77、图8为本技术实施例载药压电涂层的血液相容性研究结果；78、图9为本技术实施例载药压电涂层的体外促进成骨分化试验的研究结果；79、图10为本技术实施例载药压电涂层的体外促进成骨分化试验的另一研究结果；80、图11为本技术实施例载药压电涂层的体外抑制破骨分化试验的研究结果；81、图12本技术实施例载药压电涂层的体内促进钛植入物骨整合试验的微计算机断层扫描micro-ct分析结果；82、图13本技术实施例载药压电涂层的体内促进钛植入物骨整合试验中骨植入体周围骨结合的破骨细胞生成情况结果。