一种具有压电涂层的骨植入假体及其制备方法和

本发明涉及生物医学，具体涉及一种具有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，其中有大约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。2、为了解决骨植入假体无菌性松动的问题，在骨植入假体表面制备功能性涂层是重要的方式。一些研究者尝试在骨植入假体表面制备含有羟基磷灰石的涂层，也有一些研究者制备碳酸锶或金属锶的涂层；这些现有技术存在的缺陷是：上述涂层为脆性材料，在活动过程中涂层自身容易在磨损后产生破裂和局部脱落，无法为骨植入假体提供良好的包覆起到阻止骨植入假体的磨损的作用，而涂层本身破碎产生的碎屑又会使骨植入假体的松动进一步加剧。此外，这些现有技术还存在骨整合效果差、制备方法复杂或制备原材料昂贵等问题。有鉴于此，有必要提出一种能有效减少无菌性松动的骨植入物表面涂层来解决上述技术问题。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压电涂层的骨植入假体，能够解决现有技术中涂层包覆效果差、骨整合效果差，原料昂贵等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、具有压电特性的左旋聚乳酸纤维包覆层，形成于聚多巴胺连接层的表面，所述左旋聚乳酸纤维包覆层采用取向纳米纤维排列方式，所述左旋聚乳酸纤维包覆层与所述聚多巴胺连接层的形状相适配，以使得所述左旋聚乳酸纤维包覆层与所述承重骨植入基材之间形成均匀附着。9、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；10、优选地，所述承重骨植入基材为金属材料；11、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；12、优选地，所述金属氧化物选自tio2、al2o3、zro2和nb2o5中至少一种；13、优选地，所述半导体包括选自gaas和si3n4中至少一种；14、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。15、进一步地，所述左旋聚乳酸纤维包覆层的制备原料为分子量为20万～50万的左旋聚乳酸；16、和/或，所述左旋聚乳酸纤维包覆层的厚度为20μm～80μm；17、优选地，所述左旋聚乳酸纤维包覆层的厚度为40μm～60μm；18、和/或，所述左旋聚乳酸纳米纤维的直径为100nm～1000nm；19、优选地，所述左旋聚乳酸纳米纤维的直径为300nm～800nm；20、优选地，所述左旋聚乳酸纳米纤维的直径为500nm～700nm；21、和/或，所述左旋聚乳酸纳米纤维为结晶态左旋聚乳酸纳米纤维；22、优选地，所述左旋聚乳酸纳米纤维的晶型形态为α-晶型；23、优选地，所述聚多巴胺连接层的厚度为30nm～100nm。24、根据本发明第二个方面的内容，本发明提供上述的具有压电涂层的骨植入假体的制备方法，包括以下步骤：25、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；26、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，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压电特性的左旋聚乳酸纳米纤维，得到左旋聚乳酸纤维包覆层。27、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；28、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。29、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：30、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。31、进一步地，步骤(2)所述静电纺丝的方法为：32、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；33、和/或，步骤(2)所述退火温度为120℃～140℃，退火时间为4h～8h。34、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；35、优选地，所述承重骨植入基材为金属材料；36、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；37、优选地，所述金属氧化物选自tio2、al2o3、zro2和nb2o5中至少一种；38、优选地，所述半导体选自gaas和si3n4中至少一种；39、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。40、进一步地，所述左旋聚乳酸纤维包覆层的制备原料为分子量为20万～50万的左旋聚乳酸；41、所述左旋聚乳酸纤维包覆层的厚度为20μm～80μm；42、优选地，所述左旋聚乳酸纤维包覆层的厚度为40μm～60μm。43、进一步地，在步骤(2)的纺丝液中加入药物，还可以制备得到掺杂药物400的左旋聚乳酸纤维包覆层300，具体方法为，以步骤(1)得到的具有聚多巴胺连接层200的骨植入基材100作为接收器，配置含有药物的左旋聚乳酸液体作为纺丝液，利用静电纺丝法结合高温退火处理，在聚多巴胺连接层200表面均匀覆盖具有载药压电特性的左旋聚乳酸纳米纤维，得到掺杂药物400的左旋聚乳酸纤维包覆层300。44、根据本发明第三个方面的内容，本发明提供具有压电涂层的骨植入假体，或根据上述方法制备得到的具有压电涂层的骨植入假体在作为骨假体植入物中的应用；45、优选地，所述骨假体植入物为承重部位骨植入假体；46、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；47、优选地，所述关节假体为髋关节假体或膝关节假体。48、与现有技术相比，本发明的有益效果是：49、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压电特性的左旋聚乳酸纤维包覆层，采用聚多巴胺连接层增强左旋聚乳酸纤维包覆层在骨植入基材表面的粘附力，首先，左旋聚乳酸纤维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，柔性的左旋聚乳酸纤维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，柔性的左旋聚乳酸纤维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，具有压电特性的左旋聚乳酸纤维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，提高临床的手术成功率。总而言之，由于柔性左旋聚乳酸纤维包覆层自身的包覆性、不易破损性以及压电性促进骨整合提高整体结构强度的协同作用，大幅度减少无菌性松动，提高临床手术成功率。50、2.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。51、3.本技术优选实施例中通过在承重骨植入基材表面修饰掺杂唑来膦酸的左旋聚乳酸纤维包覆层，试验结果显示，添加唑来膦酸可以显著提高plla的压电性，使得压电性增强的左旋聚乳酸纤维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；另外，伴随着plla的降解，其中的唑来膦酸可以缓慢释放出来，实现长期有效地抑制破骨细胞的分化，实现预防了植入假体无菌性松动的发生。52、4.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。53、5.本技术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。54、说明书附图55、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；56、图1为本技术实施例1中具有压电涂层的骨植入假体的结构示意图；57、图2为本技术实施例1具有压电涂层的骨植入假体中左旋聚乳酸纤维包覆层的微观结构图；58、图3为本技术实施例2中具有压电涂层的骨植入假体的加工过程示意图；59、图4为本技术实施例2具有压电涂层的骨植入假体的静电纺丝过程示意图；60、图5为本技术实施例2骨植入假体上压电性能测试结果；61、图6为本技术实施例2中压电涂层的粘附力表征结果；62、图7为本技术实施例2中压电涂层的降解性表征结果；63、图8为本技术实施例2中压电涂层的生物相容性表征结果；64、图9为本技术实施例2中压电涂层对体外成骨分化影响结果；65、图10为本技术实施例2中压电涂层对体内钛植入物整合的操作过程示意图；66、图11为本技术实施例2中压电涂层对体内钛植入物整合micro-ct扫描分析结果；67、图12为本技术实施例2中压电涂层对体内钛植入物整合的骨生成情况结果；68、图13为本技术实施例3具有载药压电涂层的骨植入假体的结构示意图；69、图14为本技术实施例3载药压电涂层的压电性能测试结果；70、图15为本技术实施例3载药压电涂层的药物释放速率结果；71、图16为本技术实施例3载药压电涂层的细胞生物相容性研究结果；72、图17为本技术实施例3载药压电涂层的血液相容性研究结果；73、图18为本技术实施例3载药压电涂层的体外促进成骨分化试验的研究结果；74、图19为本技术实施例3载药压电涂层的体外促进成骨分化试验的研究结果；75、图20为本技术实施例3载药压电涂层的体外抑制破骨分化试验的研究结果；76、图21本技术实施例3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；77、图22本技术实施例3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。