[发明专利]一种CeO2

说明书

本发明公开了一种CeO₂修饰TiO₂可变纳米管阵列的仿生多孔钛支架的制备方法，先采用3D打印技术制得多孔钛支架，接着对其进行两步法阳极氧化，在支架上形成哑铃形TiO₂NT阵列，制得TiO₂NT修饰多孔钛支架，再将其浸入Ce(NO₃)₃溶液中，取出干燥后进行热处理，得到负载CeO₂NP的TiO₂NT修饰多孔钛支架，然后浸泡于rhBMP‑2溶液，冻干过夜后干燥，最后利用冻干法和真空干燥法将VEGF/壳聚糖混合溶液涂覆在支架上，并使用京尼平做交联剂，制得仿生多孔钛支架。该支架具有抗菌、抗炎、促血管新生和促成骨细胞分化等优点，能够有效改善骨缺损修复重建的预后情况，并且具有优异的药物缓释性能。

技术领域

本发明属于生物医学材料技术领域，具体涉及一种CeO₂修饰TiO₂可变纳米管阵列的仿生多孔钛支架及其制备方法。

背景技术

血管化自体骨移植可为快速血管新生和骨形成提供必要的生物信号和环境，因其具有良好的骨传导性和骨诱导性，被誉为骨缺损修补的“金标准”。但由于供区损伤大和供体骨较难获取等原因，在应用中存在一定困难。人工合成的工程骨则成为解决骨资源问题的有效替代方法，具有良好的应用前景。

钛合金植入物拥有良好的力学性能、化学稳定性和生物相容性，是一种常见的骨组织工程材料。但其多为实心结构，弹性模量显著超出骨组织，易出现应力屏蔽现象导致植入物周围出现骨吸收。为改进这一弊端，使用3D打印技术制备多孔钛支架的解决方法应运而生，一方面使植入物与骨弹性模量相匹配，另一方面能根据患者的骨缺损情况进行个性化定制。

二氧化钛纳米管(TiO₂nano-tube，TiO₂NT)是备受关注的钛表面结构修饰方法，其具有纳米级管状结构、尺寸可控等特点，不仅可以增加钛植体的吸附能力和比表面积，还有利于负载药物。传统纳米管的结构为上下均一直径，作为载药平台存在药物初期的突释现象，无法满足长期组织改建中的药物缓释需求。为了解决传统纳米管在药物缓释方面的局限性，学者们在不同材料表面研制出可变的不均一直径的纳米管系统，改善内容物流体动力学，以实现对所加载药物不同程度的缓释。Xu等人(Bone-shaped nanomaterials fornanocomposite applications， 2003)在多孔阳极氧化铝上成功构建了哑铃形(骨形)碳纳米管通道，为可变纳米结构应用于材料表面以实现对负载药物的缓释，提供了理论支持。研发可变直径的钛纳米管材料不仅有利于获得更大的比表面积和更佳的载药性能，还有利于对其内载药物的长期控释，以获得更优异的骨愈合能力。目前尚未见钛表面可变直径的哑铃形纳米管用于调整药物缓释速率的相关研究报道。

纳米酶是一种既有纳米材料物化特性且能高效模拟天然酶催化活性的人造酶，其相比传统蛋白酶提供了更优的催化稳定性和制备经济性。CeO₂纳米颗粒(CeO₂Nanoparticle，CeO₂NP)系统具有强大的过氧化氢酶(Catalase，CAT) 和超氧化物歧化酶(Superoxide Dismutase,SOD)等多酶活性，可有效清除组织中活性氧(reactive oxygenspecies，ROS)，显示出更好的抗菌和抗炎作用，减少人工骨的植入失败。壳聚糖具有良好的组织相容性和生物降解性，并与生物交联剂京尼平交联形成三维水凝胶体系以调控降解速率，满足负载药物的缓释需求。此外，将骨形态发生蛋白-2(Bone morphogenetic protein-2，BMP-2)、血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)加载于有机涂层涂覆在钛植体表面，能够促进植体周围成骨细胞分化和血管新生，加速骨形成。因此，研发TiO₂NT-CeO₂/壳聚糖/水凝胶的复合药物缓释系统既可以实现促成骨药物的长期缓释，还能够满足多种因子的按需依次释放。