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1、10申请公布号CN102058904A43申请公布日20110518CN102058904ACN102058904A21申请号201010618570922申请日20101231A61L27/34200601A61L27/06200601C25D11/2620060171申请人重庆大学地址400044重庆市沙坪坝区沙坪坝正街174号72发明人蔡开勇来敏陈秀勇74专利代理机构北京同恒源知识产权代理有限公司11275代理人赵荣之54发明名称生物功能化纳米钛材及其制备方法57摘要本发明属于生物医学材料领域，涉及一种生物功能化纳米钛材，钛材表面具有管径为30100NM的TIO2纳米管阵列，TIO2纳米。
2、管阵列表面还固定有骨形态发生蛋白2（BMP2）；其制备方法是先采用阳极氧化法在钛材表面制备管径为30100NM的TIO2纳米管阵列，再通过聚多巴胺将BMP2固定在TIO2纳米管阵列表面，即得；该生物功能化纳米钛材具有良好的生物相容性，一方面，合适管径的TIO2纳米管阵列可为细胞生长提供适合的拓扑结构，另一方面，BMP2作为生长因子可促进细胞分化，通过拓扑结构与化学成分的协同作用，可以提高细胞在钛材表面的增殖与分化能力，进而提高钛材的骨整合性。51INTCL19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书1页说明书5页附图6页CN102058906A1/1页21生物功能化纳米钛材，其特。
3、征在于钛材表面具有管径为30100NM的TIO2纳米管阵列，所述TIO2纳米管阵列表面还固定有骨形态发生蛋白2即BMP2。2根据权利要求1所述的生物功能化纳米钛材，其特征在于所述BMP2通过聚多巴胺固定在TIO2纳米管阵列表面。3权利要求1或2所述生物功能化纳米钛材的制备方法，其特征在于包括以下步骤A、将钛材按照常规方法进行预处理；B、采用阳极氧化法在步骤A预处理后的钛材表面制备管径为30100NM的TIO2纳米管阵列；C、在步骤B制得的TIO2纳米管阵列表面沉积聚多巴胺；D、通过接触反应使BMP2固定在步骤C制得的表面沉积有聚多巴胺的TIO2纳米管阵列表面，即制得生物功能化纳米钛材。4根据权。
4、利要求3所述的生物功能化纳米钛材的制备方法，其特征在于所述步骤A是将钛材依次用丙酮、无水乙醇、去离子水超声清洗1030分钟，干燥备用。5根据权利要求3所述的生物功能化纳米钛材的制备方法，其特征在于所述步骤B是以步骤A预处理后的钛材为阳极，铂电极为阴极，置氟化铵电解液中，在1025V的恒电压下电解，将氧化后的钛材用去离子水洗涤，干燥，制得表面具有管径为30100NM的TIO2纳米管阵列的钛材。6根据权利要求5所述的生物功能化纳米钛材的制备方法，其特征在于所述步骤B是将氟化铵用体积分数为50的乙醇溶液溶解制成浓度为027MOL/L的溶液，作为电解液；再以步骤A预处理后的钛材为阳极，铂电极为阴极，置。
5、上述氟化铵电解液中，在1025V的恒电压下电解3小时，将氧化后的钛材用去离子水洗涤，干燥，制得表面具有管径为30100NM的TIO2纳米管阵列薄膜的钛材。7根据权利要求3所述的生物功能化纳米钛材的制备方法，其特征在于所述步骤C是将步骤B制得的表面具有TIO2纳米管阵列的钛材置碱性多巴胺溶液中反应，制得TIO2纳米管阵列表面沉积有聚多巴胺的钛材。8根据权利要求7所述的生物功能化纳米钛材的制备方法，其特征在于所述步骤C是将盐酸多巴胺用浓度为10MMOL/L的三羟甲基氨基甲烷缓冲液溶解制成浓度为2MG/ML的溶液，调节PH至85；将步骤B制得的表面具有TIO2纳米管阵列的钛材浸入上述碱性多巴胺溶液中。
6、，室温下避光反应过夜，再用去离子水洗涤，干燥，制得TIO2纳米管阵列表面沉积有聚多巴胺的钛材。9根据权利要求3所述的生物功能化纳米钛材的制备方法，其特征在于所述步骤D是将BMP2用PBS溶解制成浓度为80NG/ML的溶液，将步骤C制得的TIO2纳米管阵列表面沉积有聚多巴胺的钛材浸入上述BMP2溶液中，4反应过夜，再用PBS洗涤，干燥，即制得生物功能化纳米钛材。权利要求书CN102058904ACN102058906A1/5页3生物功能化纳米钛材及其制备方法技术领域0001本发明属于生物医学材料领域，涉及一种生物功能化纳米钛材，还涉及该钛材的制备方法。背景技术000220世纪40年代初，BOTH。
7、E等人将钛植入老鼠的股骨中发现其与骨之间无任何不良反应，从而将钛引入到生物医学材料领域。自20世纪60年代钛种植体被广泛应用于口腔医学领域以来，钛用作种植材料得到了不断发展，且随着研究的不断深入，钛材被普遍认为是很有前途的医学植入材料。0003由于钛及钛合金具有生物惰性，骨整合性差，不能很好地与人体周围组织结合，存在愈合时间长、初期稳定性差等缺点，导致钛种植体的植入成功率较低。为提高钛及钛合金的生物活性，进一步提高其骨整合性，钛及钛合金的表面工程研究已成为生物医学材料领域的一大热点。0004已有研究表明，材料在机体内的骨整合性与材料表面的形貌结构有关。由于细胞在机体内所接触的界面均为纳米结构，。
8、如各种组织的基膜均由50200NM大小的凹、突、孔和纤维组成，因此在材料表面仿生构建纳米尺度的表面形貌可能对细胞生长有积极影响。例如，在钛材表面构建具有细胞响应性的纳米结构，有望提高钛材的生物活性，使其能够在生物体微环境的生理信号刺激下作出响应，达到自我修复的目的。除了材料表面的形貌结构会影响细胞行为外，材料表面的化学成分也会对细胞生长产生一定影响。表面修饰是改变材料表面化学成分的重要方法。例如，通过化学或物理方法，可将生长因子、激素或其它化学物质固定在材料表面。发明内容0005有鉴于此，本发明的目的之一在于提供一种生物功能化纳米钛材，通过改变材料表面的拓扑结构和化学成分，协同提高细胞在钛材表。
9、面的增殖及分化能力，进而提高钛材的骨整合性。0006为达到上述目的，本发明提供如下技术方案生物功能化纳米钛材，钛材表面具有管径为30100NM的TIO2纳米管阵列，所述TIO2纳米管阵列表面还固定有骨形态发生蛋白2（BMP2）。0007进一步，所述BMP2通过聚多巴胺固定在TIO2纳米管阵列表面。0008本发明的目的之二在于提供一种所述生物功能化纳米钛材的制备方法，操作简便易行，周期短，成本低。0009为达到上述目的，本发明提供如下技术方案生物功能化纳米钛材的制备方法，包括以下步骤A、将钛材按照常规方法进行预处理；B、采用阳极氧化法在步骤A预处理后的钛材表面制备管径为30100NM的TIO2纳。
10、米管说明书CN102058904ACN102058906A2/5页4阵列；C、在步骤B制得的TIO2纳米管阵列表面沉积聚多巴胺；D、通过接触反应使BMP2固定在步骤C制得的表面沉积有聚多巴胺的TIO2纳米管阵列表面，即制得生物功能化纳米钛材。0010进一步，所述步骤A是将钛材依次用丙酮、无水乙醇、去离子水超声清洗1030分钟，干燥备用。0011进一步，所述步骤B是以步骤A预处理后的钛材为阳极，铂电极为阴极，置氟化铵电解液中，在1025V的恒电压下电解，将氧化后的钛材用去离子水洗涤，干燥，制得表面具有管径为30100NM的TIO2纳米管阵列的钛材。0012进一步，所述步骤B是将氟化铵用体积分数为。
11、50的乙醇溶液溶解制成浓度为027MOL/L的溶液，作为电解液；再以步骤A预处理后的钛材为阳极，铂电极为阴极，置上述氟化铵电解液中，在1025V的恒电压下电解3小时，将氧化后的钛材用去离子水洗涤，干燥，制得表面具有管径为30100NM的TIO2纳米管阵列薄膜的钛材。0013进一步，所述步骤C是将步骤B制得的表面具有TIO2纳米管阵列的钛材置碱性多巴胺溶液中反应，制得TIO2纳米管阵列表面沉积有聚多巴胺的钛材。0014进一步，所述步骤C是将盐酸多巴胺用浓度为10MMOL/L的三羟甲基氨基甲烷缓冲液溶解制成浓度为2MG/ML的溶液，调节PH至85；将步骤B制得的表面具有TIO2纳米管阵列的钛材浸入。
12、上述碱性多巴胺溶液中，室温下避光反应过夜，再用去离子水洗涤，干燥，制得TIO2纳米管阵列表面沉积有聚多巴胺的钛材。0015进一步，所述步骤D是将BMP2用PBS溶解制成浓度为80NG/ML的溶液，将步骤C制得的TIO2纳米管阵列表面沉积有聚多巴胺的钛材浸入上述BMP2溶液中，4反应过夜，再用PBS洗涤，干燥，即制得生物功能化纳米钛材。0016本发明的有益效果在于本发明通过阳极氧化法在钛材表面构建管径为30100NM的TIO2纳米管阵列，再通过聚多巴胺在TIO2纳米管阵列表面固定上BMP2，获得了一种生物功能化纳米钛材；该钛材具有良好的生物相容性，一方面，合适管径的TIO2纳米管阵列可为细胞生长。
13、提供适合的拓扑结构；另一方面，BMP2作为生长因子可促进细胞分化；通过拓扑结构与化学成分的协同作用，可以提高细胞在钛材表面的增殖与分化能力，进而提高钛材的骨整合性。此外，该钛材的制备方法简便易行，周期短，成本低。因此，本发明的生物功能化纳米钛材具有良好的应用前景。附图说明0017图1为表面具有管径为30NM的TIO2纳米管阵列的钛材的场发射扫描电镜（FESEM）图。0018图2为表面具有管径为60NM的TIO2纳米管阵列的钛材的FESEM图。0019图3为表面具有管径为100NM的TIO2纳米管阵列的钛材的FESEM图。0020图4为表面具有TIO2纳米管阵列的钛材表面的X射线光电子能谱（XP。
14、S）图。0021图5为TIO2纳米管阵列表面沉积有聚多巴胺的钛材表面的XPS谱图。0022图6为表面具有TIO2纳米管阵列和BMP2修饰的钛材表面的XPS谱图。0023图7为本发明的生物功能化纳米钛材表面诱导大鼠骨髓间充质干细胞（MSCS）向说明书CN102058904ACN102058906A3/5页5成骨细胞分化的能力。具体实施方式0024为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的优选实施例进行详细的描述。0025实施例1、生物功能化纳米钛材（TIO2纳米管管径为30NM）的制备包括以下步骤A、将钛材依次用丙酮、无水乙醇、去离子水超声清洗20分钟，37烘干，备用；。
15、B、将氟化铵用体积分数为50的乙醇溶液溶解制成浓度为027MOL/L的溶液，作为电解液；再以步骤A预处理后的钛材为阳极，铂电极为阴极，置上述氟化铵电解液中，在10V的直流电作用下电解3小时，将氧化后的钛材用去离子水浸泡洗涤3次，37烘干，制得表面具有管径为30NM的TIO2纳米管阵列的钛材，其FESEM图如图1所示；C、将盐酸多巴胺用浓度为10MMOL/L的TRIS缓冲液溶解制成浓度为2MG/ML的溶液，调节PH至85；将步骤B制得的表面具有TIO2纳米管阵列的钛材浸入上述碱性多巴胺溶液中，室温下避光反应过夜，再用去离子水洗涤3次，自然干燥，制得TIO2纳米管阵列表面沉积有聚多巴胺的钛材；D、。
16、将BMP2用PBS溶解制成浓度为80NG/ML的溶液，将步骤C制得的TIO2纳米管阵列表面沉积有聚多巴胺的钛材浸入上述BMP2溶液中，4反应过夜，再用PBS洗涤3次，干燥，制得表面具有TIO2纳米管阵列和BMP2修饰的钛材，即本发明所述的生物功能化纳米钛材（TIO2纳米管管径为30NM）。0026分别取步骤B、C、D制得的钛材，对其表面化学组成进行XPS表征，结果如图46和表1所示，可见N元素含量逐渐提高，说明在TIO2纳米管阵列表面成功引入了BMP2。0027表1、样品表面的化学组成（按质量百分含量计）实施例2、生物功能化纳米钛材（TIO2纳米管管径为60NM）的制备包括以下步骤A、将钛材依。
17、次用丙酮、无水乙醇、去离子水超声清洗20分钟，37烘干，备用；B、将氟化铵用体积分数为50的乙醇溶液溶解制成浓度为027MOL/L的溶液，作为电解液；再以步骤A预处理后的钛材为阳极，铂电极为阴极，置上述氟化铵电解液中，在20V的直流电作用下电解3小时，将氧化后的钛材用去离子水浸泡洗涤3次，37烘干，制得表面具有管径为60NM的TIO2纳米管阵列的钛材，其FESEM图如图2所示；C、将盐酸多巴胺用浓度为10MMOL/L的TRIS缓冲液溶解制成浓度为2MG/ML的溶液，调节PH至85；将步骤B制得的表面具有TIO2纳米管阵列的钛材浸入上述碱性多巴胺溶液中，室温下避光反应过夜，再用去离子水洗涤3次，。
18、自然干燥，制得TIO2纳米管阵列表面沉说明书CN102058904ACN102058906A4/5页6积有聚多巴胺的钛材；D、将BMP2用PBS溶解制成浓度为80NG/ML的溶液，将步骤C制得的TIO2纳米管阵列表面沉积有聚多巴胺的钛材浸入上述BMP2溶液中，4反应过夜，再用PBS洗涤3次，干燥，制得表面具有TIO2纳米管阵列和BMP2修饰的钛材，即本发明所述的生物功能化纳米钛材（TIO2纳米管管径为60NM）。0028实施例3、生物功能化纳米钛材（TIO2纳米管管径为100NM）的制备包括以下步骤A、将钛材依次用丙酮、无水乙醇、去离子水超声清洗20分钟，37烘干，备用；B、将氟化铵用体积分数。
19、为50的乙醇溶液溶解制成浓度为027MOL/L的溶液，作为电解液；再以步骤A预处理后的钛材为阳极，铂电极为阴极，置上述氟化铵电解液中，在25V的直流电作用下电解3小时，将氧化后的钛材用去离子水浸泡洗涤3次，37烘干，制得表面具有管径为100NM的TIO2纳米管阵列的钛材，其FESEM图如图3所示；C、将盐酸多巴胺用浓度为10MMOL/L的TRIS缓冲液溶解制成浓度为2MG/ML的溶液，调节PH至85；将步骤B制得的表面具有TIO2纳米管阵列的钛材浸入上述碱性多巴胺溶液中，室温下避光反应过夜，再用去离子水洗涤3次，自然干燥，制得TIO2纳米管阵列表面沉积有聚多巴胺的钛材；D、将BMP2用PBS溶。
20、解制成浓度为80NG/ML的溶液，将步骤C制得的TIO2纳米管阵列表面沉积有聚多巴胺的钛材浸入上述BMP2溶液中，4反应过夜，再用PBS洗涤3次，干燥，制得表面具有TIO2纳米管阵列和BMP2修饰的钛材，即本发明所述的生物功能化纳米钛材（TIO2纳米管管径为100NM）。0029实施例4、生物功能化纳米钛材表面诱导骨髓MSCS向成骨细胞分化的能力采用密度梯度离心法与贴壁筛选法相结合培养大鼠骨髓MSCS。将3104个MSCS接种到直径为15MM的圆形材料（分别为表面未处理的钛材、表面BMP2修饰的钛材、表面具有管径为30100NM的TIO2纳米管阵列的钛材、以及实施例13制得的生物功能化纳米钛材。
21、）表面，用含有体积分数为10的新生牛血清的DMEM培养基培养，每3天更换新鲜培养基，分别于培养7天和14天后，用质量分数为025的胰酶溶液消化，收集细胞，用质量分数为1的TRITONX100溶液裂解细胞，离心取上清，检测细胞裂解上清中碱性磷酸酶的表达量。0030结果如图7所示，表面BMP2修饰的钛材相比表面未处理的钛材，其表面接种的大鼠骨髓MSCS在培养7天、14天时的碱性磷酸酶表达量明显提高（P005），说明在钛材表面单独引入BMP2可以促进骨髓MSCS向成骨细胞分化；表面具有管径为30NM的TIO2纳米管阵列的钛材相比表面未处理的钛材，其表面接种的大鼠骨髓MSCS在培养7天时的碱性磷酸酶表。
22、达量有一定增加，在培养14天时的碱性磷酸酶表达量相近，而表面具有管径为100NM的TIO2纳米管阵列的钛材相比表面未处理的钛材，其表面接种的大鼠骨髓MSCS在培养7天、14天时的碱性磷酸酶表达量均降低，说明在钛材表面单独引入合适管径的TIO2纳米管阵列也可以在初期促进骨髓MSCS向成骨细胞分化；TIO2纳米管管径为30100NM的生物功能化纳米钛材与表面具有相应管径TIO2纳米管阵列的钛材之间的碱性磷酸酶表达量差值，不管是培养7天还是14天，均明显高于表面BMP2修饰的钛材与表面未处理的钛材之间的碱性磷酸酶表达量差值（P005），说明在钛材表面同时引入TIO2纳米管阵列结构和BMP2，可以协同。
23、促进大鼠骨髓MSCS向成骨细胞分化，其中又以管径为30NM的TIO2纳米管阵列为最佳。说明书CN102058904ACN102058906A5/5页70031最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过参照本发明的优选实施例已经对本发明进行了描述，但本领域的普通技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围。说明书CN102058904ACN102058906A1/6页8图1说明书附图CN102058904ACN102058906A2/6页9图2说明书附图CN102058904ACN102058906A3/6页10图3说明书附图CN102058904ACN102058906A4/6页11图4说明书附图CN102058904ACN102058906A5/6页12图5说明书附图CN102058904ACN102058906A6/6页13图6图7说明书附图CN102058904A。