[发明专利]一种高效的双相磷酸钙涂层方法

说明书

本发明提供一种高效的双相磷酸钙涂层方法，通过采用高浓度(4.5×)的过饱和磷酸钙溶液(SCPS)进行涂层，在钛片上形成了更厚的连续涂层，且涂层中含有二水磷酸二钙和羟基磷灰石，该涂层对蛋白质FITC‑BSA的包封率明显提高，且在酸性条件下释放的Casupgt;2+/supgt;更少，同时能以更少的SCPS溶液体积，更短的涂层时间，实现具有高成品率和蛋白质包封率的更高效的涂层，从而在临床应用中大幅降低成本，非常有希望应用于生物医学领域的成骨植入材料。

技术领域

本发明属于生物涂层材料制备领域，具体而言，涉及一种具有高成品率和蛋白质包封率的高效双相磷酸钙涂层方法。

背景技术

钛及钛合金以其力学性能、生物相容性以及耐腐蚀方面的优良特性已用于人体硬组织植入物如人工关节、骨折固定器等领域。但将其直接植入到人体中后，由于钛及其表面自然生成的氧化膜是生物惰性的，在植入早期很难与组织形成连接并促进新生骨在表面的生成，从而表现出与骨结合力低、生物活性差、愈合时间长等问题。为解决这些问题，在其表面进行生物活性涂层处理是一种行之有效的方法。

钙-磷酸盐(CaP)涂层又称双相磷酸钙涂层，由于其类骨成分、良好的生物相容性和可调节各种成骨过程的能力，是最广泛使用的表面修饰方法，以促进骨内植入体和骨缺损填充材料的骨整合能力和骨传导性。目前，制备CaP涂层主要有两种方法:1)物理沉积技术和2)湿化学技术。物理沉积技术包括各种热过程，如真空等离子喷涂和悬浮等离子喷涂。物理沉积技术的主要局限性是非生理的涂层条件(1000℃)使其不可能加入能够促进成骨的生物活性物质。因此，发展新型的湿化学沉积技术来制备生物活性CaP涂层是生物材料研究领域的一个新趋势。

仿生涂层技术最初是在20世纪90年代提出的。通过将生物材料浸入离子浓度、pH值和温度接近人类血浆的模拟体液(SBF)中，可形成致密、均匀、典型的低结晶度磷灰石。这种生理条件使大量生物活性物质能够与仿生涂层共沉淀，并保持其生物活性。然而，最初的仿生涂层工艺的实施由于其耗时(通常为14天)和依赖于生物材料的官能团成核而受到限制。Taset等人通过将SBF浓度提高10倍(10×SBF)，成功地将涂层过程显著加快到数小时。然而，SBF沉积依赖于生物材料功能基团的问题仍然没有解决。

2000年，Klaas教授及其同事研发了一种双相仿生涂层方法：1)先通过在5×SBF溶液中孵育形成无定形CaP基底层，随后在过饱和磷酸钙(supersaturated calcium-phosphate solution，SCPS)中孵育形成CaP结晶层。这种双相仿生方法能够在3天内形成CaP晶体涂层。此外，这种涂层可应用于具有不同三维几何形状、表面结构和表面化学性质的多种生物材料，如金属(钛合金)、无机材料(TCP和Bio Oss)和高分子材料(天然衍生的胶原蛋白和合成聚乳酸-羟基乙酸)。这种仿生涂层的广泛适用性在很大程度上归功于无定形CaP基底层，它可以形成一种机械嵌合机制，而不是与活性化学基团进行化学反应。无定形CaP层是后续CaP结晶层生长所必需的。该CaP结晶层可用于共沉淀、负载和缓慢释放各种生物活性物质，特别是骨诱导生长因子骨形态发生蛋白2(BMP-2)。与表面吸附的BMP-2相比，加入涂层的BMP-2的成骨诱导效率显著提高，这可能与涂层的控释特性有关。

然而，由于过饱和磷酸钙(SCPS)离子浓度较低，昂贵的生物活性物质的包封率较低(约21％)，阻碍了其在生物医学领域的应用。Yu等试图通过调整基质表面积与改良SBF(m-SBF)的体积比，仅使用1ml m-SBF即将包封率提高到90％。然而，他们并没有报道最终的涂层厚度，而一定的涂层厚度对于储备足够量的生物活性药物和确保足够的给药时间以支持骨形成是很重要的。

因此急需找到一种成品率和蛋白质包封率更高，涂层效率更高、厚度更厚、效果更好的双相磷酸钙(CaP)涂层方法，从而满足是生物医学领域对骨内植入生物材料的生物活性涂层需要。

发明内容