[发明专利]金属材料表面共价接枝生物分子的方法及其产品和用途

说明书

本发明公开了一种金属材料表面共价接枝生物分子的方法。首先在金属植入材料表面构建类金刚石薄膜，然后对薄膜进行活化，进而将材料浸入到含有促成骨功能的生物分子溶液中，即可将生物分子共价接枝在金属植入材料表面。另一方面，本发明技术操作简便，工艺简单，反应条件温和，可在常温下进行，效率高，成本低，可重复性好，后续清洗程序简单，并且不使用硅烷偶联剂及交联剂，不存在试剂残留风险，有利于工业化生产。因此，根据本发明的方法制备的产品在医用植入材料领域具有很高的应用前景。

技术领域

本发明涉及医用金属材料的改性，具体涉及一种金属材料表面共价接枝生物分子的方法及其产品和用途。

背景技术

金属骨科植入材料因其良好的机械性能、耐蚀性以及优良的生物相容性，已在临床上广泛应用于人工关节、人工骨和牙科种植体等人体硬组织的修复、替代与再生。

植入体内的金属材料与机体骨组织在界面处良好的骨性结合是保证力学载荷稳定传递的前提，因此也是保证植入物长期、稳固地在人体行使功能的必要条件。虽然大多数金属植入材料都具有良好的生物相容性，但在体内仍表现为生物惰性而缺乏骨传导性和骨诱导能力，在人体内不能快速、有效地与骨组织形成牢固的骨性结合。

由于金属植入材料的生物学性能主要由其表面的物化性质所决定，对其进行表面改性可以在材料自身优点不受影响的前提下提高其生物学性能。

在众多表面改性方法中，对金属植入材料进行仿生化修饰，即将具有生物活性的大分子如蛋白质、多糖、多肽、细胞生长因子等，通过共价接枝的方式负载在材料表面，能够使其表面形成一个能与机体环境特异性相互作用的稳定的生物化过渡层，以进一步提高材料的生物学性能或者赋予其特殊的生物学功能[Xiao M,Chen Y M,Biao M N,et al.Bio-functionalization of biomedical metals.Materials Science and Engineering:C,2017,70:1057-1070]。因此，对金属植入材料进行仿生化修饰以提高其生物活性，使其与骨组织界面更快更好地进行骨整合，能够提高植入成功率，保证植入材料的使用效果及寿命。

通过对金属骨科植入材料进行表面仿生化修饰能够大大提高其生物学性能或者赋予其特殊的生物学功能。以往在金属材料表面想实现生物分子的接枝，一般通过硅烷偶联剂以化学交联(chemical crosslinking)的方式进行。然而硅烷偶联剂的使用不但存在化学试剂残留的风险，其本身带有的活性基团多含有氯、硅等元素和基团，会向材料表面过量引入元素和基团，植入体内后对人体造成伤害。另外，这种湿法化学交联技术很难同时在表面接枝多种生物活性分子，而顺序接枝多种生物分子又会使接枝过程极端繁琐甚至难以实现。

发明内容

本发明目的在于提供一种简单可行的在金属植入材料表面进行仿生化修饰的方法。本发明提供的改性方法在无需使用化学交联剂的情况下，仅需浸泡在含有生物分子的溶液中孵育一段时间，即可实现将具有生物活性的大分子共价接枝负载在金属植入材料表面，实现其仿生化表面修饰。

具体而言，本发明的目的在于提供一种基于乙炔(C₂H₂)气体等离子体浸没离子注入(Plasma immersion ion implantation，简称PIII)的处理方法，在医用金属植入材料表面构建类金刚石(Diamond-like Carbon，简称DLC)薄膜并进一步通过气体PIII处理引入活性自由基，进而实现生物活性分子的共价接枝改性。

本发明首先通过C₂H₂气体PIII在金属材料表面获得厚度为百微米的渐变过渡DLC薄膜，再通过气体PIII改性活化DLC薄膜表层，然后通过将改性后的表面浸入含有促成骨功能的生物分子溶液中并孵育一段时间以充分反应，即可将溶液中的生物分子共价接枝负载在材料表面，从而实现金属材料表面的生物分子修饰，并达到促成骨的功效。