具有光热转换性能和功能涂层的骨修复和肿瘤抑制材料及制备方法转让专利
申请号 : CN201911321696.7
文献号 : CN111012948B
文献日 : 2021-05-21
发明人 : 毕瑞野 , 何苗苗 , 张利 , 祝颂松 , 侯毅
申请人 : 四川大学
摘要 :
权利要求 :
1.一种具有光热转换性能和功能涂层的骨修复和肿瘤抑制材料的制备方法,其特征在于工艺步骤如下:
(1)制备具有导电和光热转换性能的基体以聚醚醚酮粉末及导电和光热转换材料粉末为原料,聚醚醚酮粉末的质量分数为80~
99.9%,导电和光热转换材料粉末的质量分数为0.1~20%,将两种粉末混合均匀并将形成的混合粉末成型为所需的形状,即得到具有导电和光热转换性能的基体;
(2)在基体表面形成功能涂层
在具有导电和光热转换性能的基体表面接枝活性功能基团,然后将表面接枝有活性功能基团的基体作为电极置于分散液中,通过电泳技术在所述基体表面形成功能涂层;
所述分散液由液体导电介质、骨整合促进物质和分散剂组成,配制分散液时,100mL 液体导电介质中加入骨整合促进物质1~20g,分散剂0.2~10g;所述分散剂为具有抗菌性能的物质或具有肿瘤治疗作用的化疗药物;
(3)清洗与干燥
将电泳完成后具有功能涂层的材料用去离子水清洗除去吸附在功能涂层上未结合的物料,然后经干燥去除表面的水,即得到具有光热转换性能和功能涂层的骨修复和肿瘤抑制材料。
2.根据权利要求1所述具有光热转换性能和功能涂层的骨修复和肿瘤抑制材料的制备方法,其特征在于步骤(1)中,所述导电和光热转换材料粉末为纳米级石墨烯、纳米级氧化石墨烯、纳米级黑磷、碳纳米管或碳纤维。
3.根据权利要求1或2所述具有光热转换性能和功能涂层的骨修复和肿瘤抑制材料的制备方法,其特征在于步骤(1)中,所述混合粉末的成型采用热压成型、注塑成型或3D打印成型。
4.根据权利要求1或2所述具有光热转换性能和功能涂层的骨修复和肿瘤抑制材料的制备方法,其特征在于步骤(2)中,在具有导电和光热转换性能的基体表面接枝活性功能基团采用等离子处理法、紫外光照射法或磺酸化处理法,所述等离子处理法是在O2和Ar气氛下对具有导电和光热转换性能的基体进行等离子处理实现活性基团的接枝,所述紫外光照射法是将具有导电和光热转换性能的基体放入含活性基团的液体中,在紫外光照射下实现活性基团的接枝,所述磺酸化处理法是将具有导电和光热转换性能的基体放入浓硫酸中浸泡实现活性基团磺酸基团的接枝。
5.根据权利要求3所述具有光热转换性能和功能涂层的骨修复和肿瘤抑制材料的制备方法,其特征在于步骤(2)中,在具有导电和光热转换性能的基体表面接枝活性功能基团采用等离子处理法、紫外光照射法或磺酸化处理法,所述等离子处理法是在O2和Ar气氛下对具有光热转换性能的基体进行等离子处理实现活性基团的接枝,所述紫外光照射法是将具有导电和光热转换性能的基体放入含活性基团的液体中,在紫外光照射下实现活性基团的接枝,所述磺酸化处理法是将具有导电和光热转换性能的基体放入浓硫酸中浸泡实现活性基团磺酸基团的接枝。
6.根据权利要求1或2所述具有光热转换性能和功能涂层的骨修复和肿瘤抑制材料的制备方法,其特征在于步骤(2)中,骨整合促进物质为羟基磷灰石粉末、二氧化钛粉末、氧化锌粉末、磷酸钙粉末、磷酸镁粉末或碳酸钙粉末。
7.根据权利要求1所述具有光热转换性能和功能涂层的骨修复和肿瘤抑制材料的制备方法,其特征在于具有抗菌性能的物质为抗菌肽、季铵盐或季磷盐;具有肿瘤治疗作用的化疗药物为帕比司他、顺铂、卡铂、紫杉醇或喜树碱。
8.根据权利要求1或2所述具有光热转换性能和功能涂层的骨修复和肿瘤抑制材料的制备方法,其特征在于步骤(2)中,通过电泳技术在所述基体表面形成功能涂层的电压为10~100V,时间为0.1~12h。
9.根据权利要求3所述具有光热转换性能和功能涂层的骨修复和肿瘤抑制材料的制备方法,其特征在于步骤(2)中,通过电泳技术在所述基体表面形成功能涂层的电压为10~
100V,时间为0.1~12h。
10.权利要求1至9中任一权利要求所述方法制备的具有光热转换性能和功能涂层的骨修复和肿瘤抑制材料。
说明书 :
具有光热转换性能和功能涂层的骨修复和肿瘤抑制材料及制
备方法
技术领域
背景技术
两个醚键的重复单元所构成的高分子聚合物,属特种高分子材料,由于其机械性能优良,耐
化学腐蚀、能经受住辐射的反复照射,具有生物相容性,尤其是弹性模量与人体骨组织相
当,因而在人工骨材料制备中受到关注。但现有以聚醚醚酮(PEEK)为主要原料制备的人工
骨材料,重点考虑的是提高材料的生物活性并兼顾机械强度(例如CN201310137210.0公开
的“一种骨替代材料的制备方法”),因而功能单一,仅具有骨修复功能。
险。因此,研究和制备出具有骨修复和肿瘤抑制功能为一体的材料具有重要的意义。
发明内容
形成的混合粉末成型为所需的形状,即得到具有导电和光热转换性能的基体;
瘤抑制材料。
Ar气氛下对具有导电和光热转换性能的基体进行等离子处理实现活性基团的接枝(所接枝
的活性基团为羟基和羧基),所述紫外光照射法是将具有导电和光热转换性能的基体放入
含活性基团的液体中,在紫外光照射下实现活性基团的接枝,所述磺酸化处理法是将具有
导电和光热转换性能的基体放入浓硫酸中浸泡实现活性基团磺酸基团的接枝。
有肿瘤细胞靶向作用的药物、具有肿瘤治疗作用的化疗药物、影响核酸合成的药物或影响
蛋白质合成的药物。具有抗菌性能的物质为抗菌肽、季铵盐或季磷盐;具有肿瘤细胞靶向作
用的药物为阿伦磷酸钠、帕比司他、卡非佐米、硼替佐米、达雷木单抗、埃罗妥珠单抗或狄诺
塞麦;具有肿瘤治疗作用的化疗药物为顺铂或卡铂;影响核酸合成的药物为抗嘌呤药、抗嘧
啶药、抗叶酸药、核苷酸还原酶抑制剂或DNA多聚酶抑制剂;影响蛋白质合成的药物为紫杉
醇或喜树碱。它们均可通过市场购买。
进物质为羟基磷灰石粉末、二氧化钛粉末、氧化锌粉末、磷酸钙粉末、磷酸镁粉末或碳酸钙
粉末,所述分散剂为具有抗菌性能的物质、具有肿瘤细胞靶向作用的药物、具有肿瘤治疗作
用的化疗药物、影响核酸合成的药物或影响蛋白质合成的药物;该材料的形状和尺寸与患
者需修复部位的缺损骨匹配。
能经受住辐射的反复照射。
温度,因而具有热疗功能,通过热疗抑制肿瘤细胞的生长。
抗病菌感染及抑制肿瘤细胞的生长。
中的功能物质损失少。
附图说明
涂层的带电粒子。
胞的活死细胞染色图片,B图是骨修复和肿瘤抑制材料和MG63细胞共培养时采用近红外光
照射了的MG63细胞的活死细胞染色图片。
具体实施方式
创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例,都属于本发明所保护的范围。
石墨烯的纳米片层数为1~5层,平均径向尺寸200μm;将聚醚醚酮分散液和石墨烯分散液混
合在一起,超声分散30min,经抽滤、烘干得到混合均匀的聚醚醚酮和石墨烯混合粉料;将聚
醚醚酮和石墨烯混合粉料采用注塑成型法成型为圆台状,其加工温度为370℃,冷却后得到
具有导电和光热转换性能的基体;
将经等离子处理后的所述基体用X射线光电子能谱仪(型号XSAM800,英国Kratos公司)进行
分析,所得XPS图谱见图2,图2表明,在具有导电和光热转换性能的基体表面接枝羟基和羧
基活性基团成功;
灰石粉末、5.0g季铵盐、5.0g季磷盐和100ml去离子水配制而成,将羟基磷灰石粉末加入去
离子水中,再加入季铵盐和季磷盐,超声混合30min形成分散液;
抑制材料。
盐和季磷盐组成的功能涂层。
2 2 2
808nm的近红外光在功率为0.55W/cm 、1.15W/cm 、1.52W/cm的条件下分别照射225s,该材
料在PBS中的升温情况见图4,从图4可以看出,该材料体现出良好的光热转换性能,且在相
同的照射时间,功率越大,温度越高。因此,可通过控制功率来控制复合材料的温度。
2
组裸鼠用功率0.55W/cm、波长808nm的近红外光照射2min,未用近红外光照射的裸鼠照片
见图5中的A图,用近红外光照射后的裸鼠照片见图5中的B图,从图5的A图和B图可以看出,
用近红外光照射后的裸鼠与未用近红外光照射的裸鼠相比,温度升高5℃,表明该材料具有
良好的光热转换性能。
于37℃分别共同培养12h;然后将第一容器中的培养物用激光器(陕西日成激光器有限公
2
司)产生的波长为808nm的近红外光在功率为0.55W/cm条件下照射10min,接着继续于37℃
共同培养12h,继后将表面附有成骨肉瘤细胞MG63的骨修复和肿瘤抑制材料从第一容器中
取出,用染料AM和染料PI(中国索莱宝公司)分别对MG63细胞的骨架和核进行染色,采用倒
置荧光显微镜(日本OLYMPUS公司)对MG63细胞形态进行观察;第二容器中的培养物未用近
红外光照射,第二容器中表面附有成骨肉瘤细胞MG63的骨修复和肿瘤抑制材料与第一容器
中表面附有成骨肉瘤细胞MG63的骨修复和肿瘤抑制材料同时从容器中取出,并用相同的染
料分别对MG63细胞的骨架和核进行染色,采用倒置荧光显微镜(日本OLYMPUS公司)对MG63
细胞形态进行观察。所得到的活死细胞染色图片见图6,图6中,A图是骨修复和肿瘤抑制材
料和MG63细胞共培养时未用近红外光照射的MG63细胞的活死细胞染色图片,B图是骨修复
和肿瘤抑制材料和MG63细胞共培养时采用近红外光照射的MG63细胞的活死细胞染色图片。
从图6中的A图和B图可以看出,经近红外光照射后,MG63细胞出现明显的死亡(MG63活细胞
为梭形,死亡后近似于球型),表明本发明所述骨修复和肿瘤抑制材料经近红外光照射具有
热疗功能,能有效抑制MG63的生长。
述纳米级氧化石墨烯的纳米片层数为1~5层,平均径向尺寸200μm;将聚醚醚酮分散液和氧
化石墨烯分散液混合在一起,超声分散30min,经抽滤、烘干得到混合均匀的聚醚醚酮和氧
化石墨烯混合粉料;将聚醚醚酮和氧化石墨烯混合粉料采用注塑成型法成型为圆台状,其
加工温度为370℃,冷却后得到具有导电和光热转换性能的基体;
丙烯酰胺水溶液浸泡和紫外光照射后的所述基体用去离子水清洗2次后于50℃下烘干表面
的水,即得到表面接枝有丙烯酰胺基团的具有导电和光热转换性能的基体;
末、0.1g卡非佐米、0.1g硼替佐米和100ml去离子水配制而成,将磷酸镁粉末加入去离子水
中,再加入卡非佐米和硼替佐米,超声混合10min形成分散液;
抑制材料。
808nm的近红外光在功率为0.55W/cm下进行照射,具有良好的光热转换效果。
散液和黑磷分散液混合在一起,超声分散30min,经抽滤、烘干得到混合均匀的聚醚醚酮和
黑磷混合粉料;将聚醚醚酮和黑磷混合粉料采用3D打印成型为圆台状,其加工温度为370
℃,冷却后得到具有导电和光热转换性能的基体;
丙烯酰胺水溶液浸泡和紫外光照射后的所述基体用去离子水清洗2次后于50℃下烘干表面
的水,即得到表面接枝有丙烯酰胺基团的具有导电和光热转换性能的基体;
化钛粉末、0.5g抗菌肽和50ml去离子水配制而成,将二氧化钛粉末加入去离子水中,再加入
抗菌肽,超声混合30min形成分散液;
抑制材料。
808nm的近红外光在功率为0.55W/cm下进行照射,具有良好的光热转换效果。
液和黑磷分散液混合在一起,超声分散30min,经抽滤、烘干得到混合均匀的聚醚醚酮和黑
磷混合粉料;将聚醚醚酮和黑磷混合粉料采用3D打印成型为圆台状,其加工温度为380℃,
冷却后得到具有导电和光热转换性能的基体;
面的水,即得到表面接枝有磺酸基团的具有导电和光热转换性能的基体;
粉末、0.05g达雷木单抗、0.05g埃罗妥珠单抗、0.05g狄诺塞麦和50ml去离子水配制而成,将
氧化锌粉末加入去离子水中,再加入达雷木单抗、埃罗妥珠单抗和狄诺塞麦,超声混合
30min形成分散液;
抑制材料。
成的功能涂层。
808nm的近红外光在功率为0.55W/cm下进行照射,具有良好的光热转换效果。
散液和碳纳米管分散液混合在一起,超声分散30min,经抽滤、烘干得到混合均匀的聚醚醚
酮和碳纳米管混合粉料;将聚醚醚酮和碳纳米管混合粉料采用3D打印成型为圆台状,其加
工温度为380℃,冷却后得到具有导电和光热转换性能的基体;
丙烯酰胺水溶液浸泡和紫外光照射后的所述基体用去离子水清洗2次后于50℃下烘干表面
的水,即得到表面接枝有丙烯酰胺基团的具有导电和光热转换性能的基体;
末、0.1g顺铂和50ml去离子水配制而成,将磷酸钙粉末加入去离子水中,再加入顺铂,超声
混合30min形成分散液(此时分散液中纳米粒子所带电荷为负电);
抑制材料。
808nm的近红外光在功率为0.55W/cm下进行照射,具有良好的光热转换效果。
散液和碳纳米管分散液混合在一起,超声分散30min,经抽滤、烘干得到混合均匀的聚醚醚
酮和碳纳米管混合粉料;将聚醚醚酮和碳纳米管混合粉料采用3D打印成型为圆台状,其加
工温度为380℃,冷却后得到具有导电和光热转换性能的基体;
丙烯酰胺水溶液浸泡和紫外光照射后的所述基体用去离子水清洗2次后于50℃下烘干表面
的水,即得到表面接枝有丙烯酰胺基团的具有导电和光热转换性能的基体;
末、0.1g卡铂和50ml去离子水配制而成,将氧化锌粉末加入去离子水中,再加入卡铂,超声
混合30min形成分散液(此时分散液中纳米粒子所带电荷为负电);
抑制材料。
808nm的近红外光在功率为0.55W/cm下进行照射,具有良好的光热转换效果。
和碳纤维分散液混合在一起,超声分散30min,经抽滤、烘干得到混合均匀的聚醚醚酮和碳
纤维混合粉料;将聚醚醚酮和碳纤维混合粉料采用3D打印成型为圆台状,其加工温度为380
℃,冷却后得到具有导电和光热转换性能的基体;
丙烯酰胺水溶液浸泡和紫外光照射后的所述基体用去离子水清洗2次后于50℃下烘干表面
的水,即得到表面接枝有丙烯酰胺基团的具有导电和光热转换性能的基体;
末、0.1g紫杉醇和50ml去离子水配制而成,将碳酸钙粉末加入去离子水中,再加入紫杉醇,
超声混合30min形成分散液(此时分散液中纳米粒子所带电荷为负电);
抑制材料。
808nm的近红外光在功率为0.55W/cm下进行照射,具有良好的光热转换效果。
和碳纤维分散液混合在一起,超声分散30min,经抽滤、烘干得到混合均匀的聚醚醚酮和碳
纤维混合粉料;将聚醚醚酮和碳纤维混合粉料采用3D打印成型为圆台状,其加工温度为380
℃,冷却后得到具有导电和光热转换性能的基体;
丙烯酰胺水溶液浸泡和紫外光照射后的所述基体用去离子水清洗2次后于50℃下烘干表面
的水,即得到表面接枝有丙烯酰胺基团的具有导电和光热转换性能的基体;
灰石粉末、0.1g喜树碱和50ml去离子水配制而成,将羟基磷灰石粉末加入去离子水中,再加
入喜树碱,超声混合30min形成分散液(此时分散液中纳米粒子所带电荷为负电);
抑制材料。
808nm的近红外光在功率为0.55W/cm下进行照射,具有良好的光热转换效果。