一种促骨整合的钛种植体表面涂层及其制备方法

本发明涉及一种促骨整合的钛种植体表面涂层及其制备方法，本发明属于医药材料。背景技术：1、在整形外科领域，钛种植体被广泛应用于骨、牙的结构与功能重建。但是，骨整合不良极大限制了钛种植体的植入成功率与使用寿命。良好的骨-钛整合通常源于钛表面与周围骨组织在分子和细胞水平上的强界面相互作用，其结合强度高度依赖于钛表面血管化、新骨生成和钙矿化/沉积的程度。传统增强骨-钛整合的策略侧重于构建骨传导或骨诱导的钛表面微环境，其目标细胞主要包括骨间充质干细胞（bmscs）、成骨细胞和破骨细胞。近年来，随着骨免疫学的发展，免疫调节介导的新骨生成引起了极大的关注，并在促进骨-钛整合方面显示出巨大的潜力。在骨免疫调节过程中，巨噬细胞扮演调节中枢的角色。2、巨噬细胞作为一种高度可塑性的细胞，在抵抗感染和诱导骨再生方面发挥着关键的免疫调节作用。钛植入体内后，中性粒细胞在数小时内引发急性炎症，随后大量单核细胞从外周迅速迁移到缺陷部位。之后，单核细胞迅速分化为 m0 型巨噬细胞，m0型巨噬细胞聚集在骨－钛界面，成为主要的细胞类型。在外界刺激下，m0型巨噬细胞可以极化为经典激活的m1 表型或交替激活的m2表型，m1型巨噬细胞也可以极化为m2表型。m1型巨噬细胞外泌体（如ccl2、cxcl8、sdf-1、tnf-α、il-6和il-8）可加重炎症反应，限制纤维化，招募其他免疫细胞（如b细胞和t细胞）清除受损骨组织，招募血管祖细胞（vpcs）和骨髓间充质干细胞启动骨再生。m2型巨噬细胞外泌体（如il-10、il-4、tgf-β、arg-1、bmp-2、vegf）可缓解炎症反应，恢复骨稳态，诱导内皮细胞分化和骨髓间充质干细胞成骨分化。近年来，多项研究表明，短期诱导原位m1型巨噬细胞极化或诱导原位m2型巨噬细胞极化可促进骨-钛整合。考虑到在正常骨愈合过程中，m0型巨噬细胞在初始阶段（前3天）暂时极化为m1表型，然后转化为m2表型，越来越多的研究人员认为，与上述两种免疫调节策略相比，时序诱导原位m1/m2巨噬细胞极化能更好地促进骨-钛整合。然而，长期的m1巨噬细胞主导的免疫环境会导致过度或慢性炎症，损害组织，加速纤维的形成，最终导致组织愈合不良。在理想的组织修复过程中，巨噬细胞表型从m1到m2的及时有效地转换是必要的。技术实现思路1、本发明的目的就在于为了解决在钛表面诱导巨噬细胞时序极化时严重的初始急性炎症、生物因子/药物活性差和植入体表面生物惰性的问题。本发明通过在钛种植体表面构建强结合强度，具有优异的机械稳定性和反复受力下的抗疲劳能力，且时序调节巨噬细胞的表型转变，早期诱导巨噬细胞m1极化，后期诱导巨噬细胞m2极化的水凝胶涂层，从而达到抗菌、骨组织愈合、抑制纤维化和促进骨整合的协同作用。2、为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种促骨整合的钛种植体表面涂层及其制备方法，包括如下步骤：3、（1）将原始钛片用砂纸打磨抛光，用不同溶剂洗涤，烘干；4、（2）将步骤（1）处理后的钛片依次浸泡在浓硫酸和食人鱼洗液中室温静置一段时间后取出，用超纯水和乙醇各洗涤，烘干，备用；5、（3）将步骤（2）处理后的钛片置于盐酸多巴胺溶液中避光有氧条件下浸泡过夜，去离子水冲洗三次，烘干；6、（4）将步骤（3）处理后的钛片浸泡在六水合三氯化铁和柠檬酸的混合溶液中，取出在紫外光下暴露后，将处理后的材料浸入含有甲基丙烯酸羟乙酯的单体溶液中，取出后，室温下放置过夜；7、（5）将步骤（4）处理的钛片依次浸泡在木犀草素的乙醇溶液中和槐定碱的水溶液中平衡溶胀，即可制备得到促骨整合的钛种植体表面涂层。8、作为优选，所述步骤（1）所述溶剂包括丙酮、乙醇、去离子水超声洗涤。9、所述步骤（1）中具体操作步骤为：圆形钛片，分别用#800、#1600砂纸打磨后用去离子水冲洗三次，分别用丙酮、乙醇、去离子水超声洗涤三次，每次5min，置于60℃烘箱烘干。所述钛片为直径10-14.8mm，厚度0.5-1mm。10、作为优选，所述步骤（2）中，浓硫酸浓度为98%及以上；食人鱼洗液为98%以上的浓硫酸和30-40%过氧化氢体积比为3-5：1。通过以上方式将羟基引入到钛片表面。11、作为优选，所述步骤（3）中，所述步骤（3）中所述盐酸多巴胺用5-10 mm，ph 8.0-8.5的tris-hcl缓冲液溶解，浓度为2-5 mg/ml。12、在一些优选的实施方案中，所述盐酸多巴胺用10 mm，ph 8.5的tris-hcl 缓冲液溶解，浓度为2 mg/ml，使钛片表面形成均匀的聚多巴胺涂层。13、作为优选，所述步骤（4）的混合溶液中，六水合三氯化铁的质量浓度为0.03-0.04g/ml；柠檬酸的质量浓度为0.03-0.04 g/ml；所述浸泡前混合溶液经调ph至3-5。所述紫外光照条件为300-370nm，及10-20w下照射3-10分钟,使 fe3+还原为 fe2+。14、所述甲基丙烯酸羟乙酯的单体溶液为甲基丙烯酸羟乙酯、n,n-亚甲基双丙烯酰胺、 过硫酸铵和3-丙烯酰胺基苯硼酸所形成的混合溶液；各自的浓度分别为1-1.5g/ml，1-3 mg/ml，2-5 mg/ml，0.5-0.7 mg/ml。15、所述紫外光还原后的钛片再于含有甲基丙烯酸羟乙酯的单体溶液中浸渍3-5min后取出，再在室温下放置固化10-15分钟后洗去未参与反应的单体，再在室温下放置过夜，实现钛片表面形成均匀的水凝胶涂层。16、作为优选，所述步骤（5）中，木犀草素的醇溶液的浓度为0.1-1.0 mg/ml，优选为木犀草素的浓度为0.5 mg/ml；所述醇溶液包括c1-c4的醇溶剂；17、所述的槐定碱的浓度为1.0-5.0 mg/ml，优选为1.5 mg/ml。18、木犀草素通过可逆苯硼酸酯作用结合，而槐定碱则通过物理方式负载在水凝胶内部。19、本发明的有益效果为：本发明提供的一种促骨整合的钛种植体表面涂层及其制备方法，通过紫外触发的表面催化引发自由基聚合，从聚多巴胺的黏性引发层出发，在钛种植体表面构建水凝胶涂层。然后，将得到的负载涂层的种植体依次在木犀草素的乙醇溶液和槐定碱的水溶液中进行平衡膨胀，并通过水凝胶内部逐渐降低的氢氧根浓度来介导槐定碱与木犀草素的顺序释放，实现了精确诱导巨噬细胞在骨－钛界面积累的时序m1/m2极化，从而达到抗菌、骨组织愈合、抑制纤维化和促进骨整合的协同作用，不仅开发了一种新的通过免疫调节促进骨整合的钛种植体涂层，对未来钛种植体的研发提供了一定启发。技术特征：1.一种促骨整合的钛种植体表面涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：2.根据权利要求1所述的一种促骨整合的钛种植体表面涂层的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）所述溶剂包括丙酮、乙醇、去离子水超声洗涤；3.根据权利要求1所述的一种促骨整合的钛种植体表面涂层的制备方法，其特征在于，所述步骤（3）中所述盐酸多巴胺用5-10 mm，ph 8.0-8.5的tris-hcl缓冲液溶解，浓度为2-5mg/ml。4.根据权利要求1所述的一种促骨整合的钛种植体表面涂层的制备方法，其特征在于，所述步骤（4）中具体步骤为：5.根据权利要求1所述的一种促骨整合的钛种植体表面涂层的制备方法，其特征在于，所述紫外光照条件为300-370 nm，及10-20w下照射3-10分钟。6.根据权利要求1所述的一种促骨整合的钛种植体表面涂层的制备方法，其特征在于，所述甲基丙烯酸羟乙酯的单体溶液为甲基丙烯酸羟乙酯、n,n-亚甲基双丙烯酰胺、过硫酸铵和3-丙烯酰胺基苯硼酸所形成的混合溶液；各自的浓度分别为1-1.5g/ml，1-3 mg/ml，2-5 mg/ml，0.5-0.7 mg/ml。7.根据权利要求1所述的一种促骨整合的钛种植体表面涂层的制备方法，其特征在于，所述步骤（5）中，所述的木犀草素的醇溶液的浓度为0.1-1.0 mg/ml，优选为0.5mg/ml；所述醇溶液包括c1-c4的醇溶剂；8.根据权利要求1-7任一项所述的制备方法制备得到的促骨整合的钛种植体表面涂层。9.根据权利要求1-7中任一项所述的制备方法制备得到的促骨整合的钛种植体表面涂层在制备治疗种植体骨整合的药物中的应用。10.根据权利要求1-7中任一项所述的制备方法制备得到的促骨整合的钛种植体表面涂层在制备预防种植体骨整合不足的药物中应用。技术总结本发明公开了一种促骨整合的钛种植体表面涂层及其制备方法，通过紫外触发的表面催化引发自由基聚合，在钛表面构建了水凝胶涂层。本发明在钛种植体表面构建水凝胶涂层，并借助溶胀吸收和可逆化学键的作用负载两种可以诱导巨噬细胞分别向M1和M2型极化的药物，实现了精确诱导巨噬细胞在骨－钛界面积累的时序M1/M2极化，从而达到抗菌、骨组织愈合、抑制纤维化和促进骨整合的协同作用。技术研发人员：冉家兵,闫鸿涵,杜静怡,王正,喻爱喜,胡艳受保护的技术使用者：三峡大学技术研发日：技术公布日：2024/8/15