用于医用材料表面修饰的复合涂层的制备方法
阅读说明：本技术 用于医用材料表面修饰的复合涂层的制备方法 (Preparation method of composite coating for surface modification of medical material ) 是由 吴亮亮 赵雪莹 范忠鹏 刘静 蔡湫亭 于 2021-09-15 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种用于医用材料表面修饰的复合涂层的制备方法,其包括以下步骤：S1、将医用基底材料表面抛光,并依次放入丙酮和无水乙醇中超声清洗,再经等离子体处理后取出,投入嫁接剂溶液中浸泡2～6h,最后去离子水清洗并真空干燥,得到表面改性的医用基底材料；S2、配置涂层工作液,涂层工作液包括所需浓度的肝素钠工作液、白蛋白工作液和偶联剂工作液；S3、通过低速流动循环的方法在医用基底材料上生成涂层。本发明的复合涂层的制备方法,工艺步骤简便,生产耗时短,能明显提高生产效率；通过控制循环的速度、工作液的循环顺序以及工作液的选择,使生成涂层的厚度更容易控制,且能使生成的涂层均匀性更好,提升肝素-白蛋白复合涂层的性能。(The invention discloses a preparation method of a composite coating for surface modification of a medical material, which comprises the following steps: s1, polishing the surface of the medical substrate material, sequentially putting the medical substrate material into acetone and absolute ethyl alcohol for ultrasonic cleaning, then taking out the medical substrate material after plasma treatment, putting the medical substrate material into a grafting agent solution for soaking for 2-6 hours, finally cleaning with deionized water and drying in vacuum to obtain the surface-modified medical substrate material; s2, preparing coating working solution, wherein the coating working solution comprises heparin sodium working solution with required concentration, albumin working solution and coupling agent working solution; s3, generating a coating on the medical substrate material by a low-speed flow circulation method. The preparation method of the composite coating has simple and convenient process steps and short production time, and can obviously improve the production efficiency; by controlling the circulating speed, the circulating sequence of the working solution and the selection of the working solution, the thickness of the generated coating is easier to control, the generated coating has better uniformity, and the performance of the heparin-albumin composite coating is improved.)
技术领域
本发明属于医用材料的表面涂层的制备技术领域，特别是一种用于医用材料表面修饰的复合涂层的制备方法。
背景技术
抗凝血生物医用材料是一类重要的生物材料，被广泛应用于与人类血液和组织接触的医用材料上，如血液透析系统、体外循环系统、人工心脏瓣膜、心脏起搏器、人工血管、血管支架等。生物医学材料的应用面临两大问题，即生物相容性和血液相容性。涂层技术是指使材料表面涂覆物质来进行预改性处理从而改善材料的性能。肝素涂层技术是目前应用最广的涂层技术。
肝素属于黏多糖，它可以和多种凝血抑制因子如抗凝血酶Ⅲ发生作用，增强其活性从而达到抗凝血的目的。通过在人工材料表面涂覆肝素可以有效改善材料的血液相容性和生物相容性。生物医学材料表面涂覆原理可以分为化学接枝法和物理涂覆法。采用物理法将材料肝素化，肝素容易流失，抗凝血效果不长；采用化学法将材料肝素化，由于肝素为生物大分子，共价结合在金属材料表面后，其构象受到限制，会造成抗凝血活性降低。另外用于固定肝素的涂层聚合物还存在生物相容性的问题，不能促进内皮愈合。
中国专利CN 102695530 A中公开了一种新型肝素实体及其使用方法，其主要通过首先将肝素与另一组分如蛋白、多糖、聚合物等通过偶联反应键合成肝素实体，然后将此肝素实体氧化生成含有醛基的肝素实体；最后通过使用偶联剂将聚乙烯亚胺固定到医疗底物上，通过席弗碱-还原胺化等步骤将醛基化肝素实体接枝到医疗底物的聚乙烯亚胺上。
上述的肝素实体用于医用材料的表面涂层时，具有以下的区别：1）工艺步骤繁琐，生产耗费时间长；2）将醛基化肝素实体接枝到医疗底物的聚乙烯亚胺上时，难以控制涂层的厚度和涂层的均匀性，影响生成的医用材料的性能；3）生产成本昂贵。因而，需要对现有的医用材料表面生成肝素复合涂层的工艺方法进行改进。
发明内容
本发明的目的在于针对背景技术中所述的现有的医用材料表面的肝素复合涂层的生产工艺步骤繁琐，耗费时间长，难以控制涂层的厚度和涂层的均匀性，价格昂贵等问题，提供一种能够解决前述问题的用于医用材料表面修饰的复合涂层的制备方法。
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种用于医用材料表面修饰的复合涂层的制备方法，其特点是：其包括以下步骤：
S1、将医用基底材料表面抛光，并依次放入丙酮和无水乙醇中超声清洗，将抛光、清洗后的医用基底材料经等离子体处理后取出，投入嫁接剂溶液中浸泡2～6h，最后去离子水清洗并真空干燥，得到表面改性的医用基底材料；
S2、配置涂层工作液，涂层工作液包括所需浓度的肝素钠工作液、白蛋白工作液和偶联剂工作液；
S3、通过低速流动循环的方法在医用基底材料上生成涂层，具体方法为，在医用基底材料上用步骤S2配置的涂层工作液以低速流动循环的方式沉积肝素和白蛋白，并通过偶联剂进行化学接枝，从而使肝素—白蛋白复合涂层稳定地与医用基底材料结合生成涂层，在涂层制备过程中，调控低速流动循环的各个参数，即各个工作液的循环顺序、循环次数、流速或循环时间，由此来控制生成的涂层的厚度。
作为上述的用于医用材料表面修饰的复合涂层的制备方法的进一步改进，所述医用基底材料为不锈钢、钛、钛合金、钴基合金、镍钛形状记忆合金中的一种。
作为上述的用于医用材料表面修饰的复合涂层的制备方法的进一步改进，步骤S1中所述的医用基底材料等离子体处理方法为：在本底真空3×10-2 ～5×10-2 Pa、功率300～400W条件下，用N2或Ar气等离子体对医用基底材料表面处理8～20 min。通过设定真空气压和功率，用等离子体对医用基底材料进行表面处理，使基底材料的表面更利于生成肝素-白蛋白涂层。
作为上述的用于医用材料表面修饰的复合涂层的制备方法的进一步改进，步骤S1中所述嫁接剂选自多巴胺、丙烯酸、丙烯酰胺、聚乙二醇的一种或者几种的混合物。通过选择嫁接剂，能使肝素和白蛋白在医用基底材料表面的沉积后，肝素和白蛋白与医用基底材料的连接更稳固。
作为上述的用于医用材料表面修饰的复合涂层的制备方法的进一步改进，所述肝素钠工作液的浓度为0.10 g/L～1.0g/L，pH为2.0～5.0。
作为上述的用于医用材料表面修饰的复合涂层的制备方法的进一步改进，所述白蛋白工作液的浓度为0.10 g/L～1.0g/L，pH为2.0～5.0。
作为上述的用于医用材料表面修饰的复合涂层的制备方法的进一步改进，所述的偶联剂工作液为1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺（EDC）或饱和氯化钙溶液，浓度为0.10 g/L～1.0g/L，pH为2.0～5.0。
通过选择和设置肝素钠工作液、白蛋白工作液和偶联剂工作液的浓度和pH值，能使生成的肝素-白蛋白涂层的均匀性更好，厚度更易控制，生成的涂层性能更好。
作为上述的用于医用材料表面修饰的复合涂层的制备方法的进一步改进，步骤S3中所述的低速流动循环方法中各个工作液的循环的方法为：第一次循环前，首先用去离子水冲洗循环管道，然后依次用白蛋白工作液循环，再用去离子水冲洗，然后再用肝素钠工作液循环，再用去离子水冲洗，第二次循环时，首先用白蛋白工作液循环，再用去离子水冲洗，然后再用肝素钠工作液循环，重复循环3～5次，最后一次采用偶联剂工作液循环，生成所需厚度的肝素-白蛋白复合涂层。通过控制低速流动循环系统的循环顺序和循环速度，能对肝素-白蛋白涂层的生成过程进行严格的控制，进而控制肝素-白蛋白涂层的生成厚度，并提升涂层的均匀性。
作为上述的用于医用材料表面修饰的复合涂层的制备方法的进一步改进，步骤S3中，白蛋白工作液、肝素钠工作液和交联剂工作液的循环时间都为5～60min，三种工作液的流速为1L/h～2 L/h。
作为上述的用于医用材料表面修饰的复合涂层的制备方法的进一步改进，所述生成的肝素-白蛋白复合涂层的厚度控制在1～500μm。肝素-白蛋白复合涂层的厚度可以根据医用材料的需求进行设定和生成。
本发明的有益效果为：1）本发明的用于医用材料表面修饰的复合涂层的制备方法，首先对医用基底材料进行抛光、等离子体处理、嫁接剂浸泡、去离子水清洗、真空干燥等处理，使后续的白蛋白和肝素的沉积更顺利；2）本发明的用于医用材料表面修饰的复合涂层的制备方法，工艺步骤简便，生产耗时短，能明显提高生产效率；3）本发明的用于医用材料表面修饰的复合涂层的制备方法，通过低速流动循环的方式，在医用基底材料表面生成肝素-白蛋白复合涂层，通过控制循环的速度，工作液的循环顺序以及工作液的选择，使肝素-白蛋白涂层的生成过程容易控制，使生成涂层的厚度更容易控制，且能使生成的涂层均匀性更好，提升肝素-白蛋白复合涂层的性能。
附图说明
图1为试验1中的医用基地材料在采用本发明制备方法制备复合涂层前后的水接触角测试的数据图表。
图2为试验2中的对本发明的复合涂层进行肝素含量和耐久性测试的数据图表。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种用于医用材料表面修饰的复合涂层的制备方法，其包括以下步骤：
S1、将医用基底材料表面抛光，医用基底材料可以选用不锈钢、钛、钛合金、钴基合金、镍钛形状记忆合金等材料，通过抛光使医用基底材料表面平整均匀，没有明显凹坑和凸起，然后将医用基底材料依次放入丙酮和无水乙醇中超声清洗3min，再放入去离子水中超声清洗4分钟，再放入烘箱进行干燥；然后对医用基底材料进行等离子体处理，在本底真空3×10-2 Pa、功率360W条件下，用Ar气等离子体对医用金属片材表面处理10min，然后将医用基底材料投入5%浓度的丙烯酸溶液中浸泡2h，最后去离子水清洗并真空干燥，然后将干燥洁净的医用基底材料均匀固定于循环流动装置的管道内；循环流动装置是由蠕动泵与循环管道连接而成。
S2、配置涂层工作液，涂层工作液包括所需浓度的肝素钠工作液、白蛋白工作液和偶联剂工作液；配制的白蛋白工作液的浓度为0.3g/L，用柠檬酸和柠檬酸钠调节pH至4.5；配制的肝素钠工作液的浓度为0.5g/L，用柠檬酸和氢氧化钠调节pH至2.5；配制的偶联剂工作液为1-乙基-3-(3- 二甲基氨丙基)-碳化二亚胺溶液（EDC）溶液，浓度为0.4g/L，用磷酸二氢钠和氢氧化钠调节pH至5.0。
S3、通过低速流动循环的方法在医用基底材料上生成涂层，具体方法为：
a、首先用pH4.5的去离子水冲洗管道，然后依次用白蛋白工作液循环30min，再用pH4.5的去离子水冲洗2min，然后用肝素钠工作液循环15min，再用pH4.5的去离子水冲洗2min；
b、用白蛋白工作液循环15min，再用pH4.5的去离子水冲洗2min，用肝素钠工作液循环15min，再用pH4.5的去离子水冲洗2min；
C、重复步骤b的过程5次；
上述的步骤a-c中，三种工作液的流速控制在1L/h～2 L/h；
d、再用步骤S2配置的偶联剂EDC溶液循环14h, 即可在医用基底材料上生成肝素—白蛋白复合涂层。
实施例2
在实施例1的基础上，与实施例1不同的是，嫁接剂选用5%浓度的多巴胺；白蛋白工作液的浓度为1.0g/L，肝素钠工作液的浓度为1.0g/L，pH为4.0；偶联剂工作液选用浓度为1.0g/L的饱和氯化钙溶液， pH为4.0。
实施例3
在实施例1的基础上，与实施例1不同的是，嫁接剂选用5%浓度的丙烯酰胺；白蛋白工作液的浓度为0.1g/L，肝素钠工作液的浓度为0.1g/L，pH为2.0；偶联剂工作液选用浓度为0.1g/L的1-乙基-3-(3- 二甲基氨丙基)-碳化二亚胺溶液（EDC）溶液， pH为2.0。
下面通过几个检测试验，对生成的肝素-白蛋白涂层的性能进行检测：
试验1
对医用基底材料上生成的肝素-白蛋白复合涂层材料进行水接触角测试：
肝素/白蛋白是亲水性分子，接枝后会导致镍钛合金表面亲水性改变。将20 uL 纯化水滴加在样品表面，分别在滴加后0、10、20、30、40、50、60s时拍摄水和样品表面接触的截面，获得不同时间点的接触角数据，通过拟合计算平均接触角。通过附图1可以看出，医用基底材料在生成肝素-白蛋白复合涂层前的接触角大于80°，生成肝素-白蛋白复合涂层后的接触角为51°，通过该试验能看出，医用基底材料上生成肝素-白蛋白复合涂层后材料的亲水性大幅度提升。
试验2
对所述抗凝血涂层材料进行肝素含量和耐久性测试：
1）配制标准肝素钠溶液；
2）配制甲苯胺蓝溶液；
3）将已知含量的标准肝素溶液与新鲜配制的甲苯胺蓝溶液按一定体积混合震荡3min；
4）加入正己烷，充分震荡3min后，取出用分光光度计测定623nm处的吸光度，绘制吸光度-肝素标准曲线；
5）将待测样品浸入PBS中，37℃下分别洗脱震荡1、2、3、4、7、10、14、17、21、25、30天后取出；
6）将上述洗脱后样品浸泡在新鲜配制的甲苯胺蓝溶液中，室温下震荡4h后取出溶液测623nm波长处的吸光度；
7）根据标准曲线计算肝素的耐久性。
通过图2可以看出，本发明的医用基底材料上生成的肝素-白蛋白复合涂层，在刚生成的时候，肝素-白蛋白复合涂层的肝素含量为8mg/cm3，检测30天后，肝素含量为7.2mg/cm3，可知采用本发明的制备方法制成的肝素-白蛋白复合涂层耐久性很强，且肝素含量能长久保持，能长久保持良好的抗凝血活性。
通过上述的试验1和试验2，采用本发明的制备方法在医用基底材料上生成肝素-白蛋白复合涂层，亲水性和耐久性都很好，能长久保持良好的抗凝血活性。且本发明的制备方法，工序简便，生产周期短，生产效率稿，且生产成本低，制成的涂层均匀性好，涂层厚度控制精确度稿，涂层各方面性能都远超现有同类产品。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同方案限定。
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