一种水凝胶涂层钛种植体及其制备方法和应用

本发明涉及生物医用材料领域，尤其是涉及一种水凝胶涂层钛种植体及其制备方法和应用。

背景技术：

1、钛及钛合金凭借生物相容性好、机械性能优异及耐腐蚀性强等特点，被广泛应用于牙科种植体、骨科植入物及关节置换等领域。然而，钛及钛合金的弹性模量显著高于天然骨组织，植入后易诱发应力屏蔽效应，进而导致周围骨组织受力不足、骨吸收增加，影响钛种植体的长期稳定性；同时，钛表面生物惰性较强，限制了骨整合效率。因此，如何提高钛种植体表面的生物活性，是钛植入材料领域亟需解决的重要技术问题。

2、为了提高钛种植体的骨整合性能，已有多种表面改性策略被提出，包括喷砂、酸蚀、激光处理、阳极氧化及微纳米结构构建等。上述方法主要通过调控钛种植体表面的微纳形貌、粗糙度和表面能，改善细胞黏附与骨传导性能，从而在一定程度促进骨组织与种植体之间的结合。然而，单纯依赖表面形貌调控对局部生物微环境的主动调节能力有限，且较粗糙的表面结构在一定程度上会增加细菌定植的风险。另有研究通过递送骨形态发生蛋白等生物活性分子，实现对骨修复微环境的主动调控，但该类生物活性分子存在易降解、稳定性较差、原料价格昂贵等问题，限制了其进一步应用。并且钛种植体植入后，机体会迅速启动急性炎症反应，中性粒细胞迅速募集至损伤部位，清除坏死组织碎片和病原体，随后单核细胞迁移至植入区域并分化为巨噬细胞。巨噬细胞具有高度可塑性，在不同微环境刺激下可表现为促炎m1型或抗炎m2型表型。初期，巨噬细胞会极化形成m1型促炎表型，并分泌大量促炎因子，以清除残留病原体和组织碎片，若m1表型持续存在，会导致种植体周围慢性炎症，进而阻碍骨愈合并削弱种植体稳定性。

技术实现思路

1、鉴于上述相关技术的不足，本发明提供水凝胶涂层钛种植体及其制备方法和应用。

2、第一方面，本发明提供的一种水凝胶涂层钛种植体采用如下的技术方案：

3、一种水凝胶涂层钛种植体，包括表面硅烷化钛基体和包覆所述表面硅烷化钛基体的热敏水凝胶层，所述热敏水凝胶层中掺有硅酸镁锂。

4、优选地，所述表面硅烷化钛基体由包括以下步骤制备得到：将表面羟基化钛基体置于硅烷偶联剂溶液中浸泡12-36h后洗涤。

5、优选地，所述表面羟基化钛基体由包括以下步骤制备得到：取钛基体清洗后置于硫酸水溶液中浸泡0.5-1.5h，然后转移至羟基化试剂中浸泡0.5-1.5h，洗涤，得到所述表面羟基化钛基体；所述羟基化试剂由包括浓硫酸和过氧化氢水溶液按照2.5-5:1的体积比混合制得。

6、优选地，所述热敏水凝胶层由包括水凝胶前驱液经自由基聚合得到，所述水凝胶前驱液包括重量份之比为0.2-0.4:1的硅酸镁锂和n-异丙基丙烯酰胺。

7、优选地，所述自由基聚合包括采用过硫酸钾为引发剂，n,n,n’,n’-四甲基乙二胺为促进剂，在氮气保护条件下，密封放入37-50℃烘箱聚合3-8h。

8、优选地，所述硅酸镁锂在所述水凝胶前驱液中的质量体积分数为2%-4%；所述n-异丙基丙烯酰胺在所述水凝胶前驱液中的质量体积分数为8%-12%。

9、第二方面，本发明提供的一种水凝胶涂层钛种植体的制备方法采用如下的技术方案：

10、一种水凝胶涂层钛种植体的制备方法，包括以下步骤：

11、s1、取钛基体依次采用丙酮、乙醇和去离子水进行洗涤得到预处理钛基体；

12、s2、取预处理钛基体进行酸浸后进行表面羟基化处理得到表面羟基化钛基体；

13、s3、取表面羟基化钛基体置于硅烷偶联剂溶液中浸泡后取出洗涤，得到表面硅烷化钛基体；

14、s4、取硅酸镁锂、n-异丙基丙烯酰胺、引发剂、促进剂和溶剂在惰性氛围混合均匀得到水凝胶前驱液；

15、s5、将表面硅烷化钛基体浸入水凝胶前驱液中，经过自由基聚合直至在表面硅烷化钛基体表面形成致密的热敏水凝胶层，得到所述水凝胶涂层钛种植体。

16、优选地，所述步骤s4包括以下步骤：将硅酸镁锂与部分溶剂混合得到硅酸镁锂分散液，将引发剂预先溶解在另一部分溶剂中得到引发剂溶液，将硅酸镁锂分散液、n-异丙基丙烯酰胺、引发剂溶液和促进剂在惰性氛围混合均匀得到水凝胶前驱液。

17、优选地，所述引发剂在所述水凝胶前驱液中的质量体积分数为0.2%-0.4%，所述促进剂的用量占溶剂体积的0.08%-0.2%。

18、第三方面，本发明提供上述的水凝胶涂层钛种植体或上述的水凝胶涂层钛种植体的制备方法制得的水凝胶涂层钛种植体在制备牙科种植体、骨科植入物或骨修复材料中的应用。

19、综上所述，本发明包括以下至少一种有益技术效果：

20、本发明通过在表面硅烷化钛基体包覆含有硅酸镁锂的热敏水凝胶层，第一方面，利用热敏水凝胶层的高含水量、良好的生物相容性和可控的机械性能模拟细胞外基质，增强种植体表面的细胞黏附与浸润；第二方面，作为硅酸镁锂的储存和释放平台，实现对局部骨修复微环境的持续调控；第三方面，硅酸镁锂释放li+、mg2+和si(oh)4相关生物活性组分，促使m1型巨噬细胞极化为m2型抗炎表型，m2型巨噬细胞分泌多种活性因子，这些细胞因子可营造抗炎微环境，从而加速组织修复，促进骨再生和血管生成；第四方面，热敏水凝胶层在体温环境因温敏响应而收缩，致密化热敏水凝胶层，提高涂层结构稳定性和强化对钛基体的包覆效果，并且通过表面硅烷化引入的活性双键，原位自由基聚合在钛基体表面进一步提高热敏水凝胶层与钛基体的界面结合稳定性。综合作用下，提高了钛种植体的细胞相容性、界面结合稳定性、涂层结构稳定性、免疫调控能力和促成骨作用，有利于促进种植体周围新骨形成和骨-种植体界面整合，适合在牙科种植体、骨科植入物及骨修复材料等产品方面的应用。

1.一种水凝胶涂层钛种植体，其特征在于：包括表面硅烷化钛基体和包覆所述表面硅烷化钛基体的热敏水凝胶层，所述热敏水凝胶层中掺有硅酸镁锂。

2.根据权利要求1所述的一种水凝胶涂层钛种植体，其特征在于：所述表面硅烷化钛基体由包括以下步骤制备得到：将表面羟基化钛基体置于硅烷偶联剂溶液中浸泡12-36h后洗涤。

3.根据权利要求2所述的一种水凝胶涂层钛种植体，其特征在于：所述表面羟基化钛基体由包括以下步骤制备得到：取钛基体清洗后置于硫酸水溶液中浸泡0.5-1.5h，然后转移至羟基化试剂中浸泡0.5-1.5h，洗涤，得到所述表面羟基化钛基体；所述羟基化试剂由包括浓硫酸和过氧化氢水溶液按照2.5-5:1的体积比混合制得。

4.根据权利要求1所述的一种水凝胶涂层钛种植体，其特征在于：所述热敏水凝胶层由包括水凝胶前驱液经自由基聚合得到，所述水凝胶前驱液包括重量份之比为0.2-0.4:1的硅酸镁锂和n-异丙基丙烯酰胺。

5.根据权利要求4所述的一种水凝胶涂层钛种植体，其特征在于：所述自由基聚合包括采用过硫酸钾为引发剂，n,n,n’,n’-四甲基乙二胺为促进剂，在氮气保护条件下，密封放入37-50℃烘箱聚合3-8h。

6.根据权利要求4所述的一种水凝胶涂层钛种植体，其特征在于：所述硅酸镁锂在所述水凝胶前驱液中的质量体积分数为2%-4%；所述n-异丙基丙烯酰胺在所述水凝胶前驱液中的质量体积分数为8%-12%。

7.一种如权利要求1-6任一项所述的水凝胶涂层钛种植体的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

8.根据权利要求7所述的水凝胶涂层钛种植体的制备方法，其特征在于：所述步骤s4包括以下步骤：将硅酸镁锂与部分溶剂混合得到硅酸镁锂分散液，将引发剂预先溶解在另一部分溶剂中得到引发剂溶液，将硅酸镁锂分散液、n-异丙基丙烯酰胺、引发剂溶液和促进剂在惰性氛围混合均匀得到水凝胶前驱液。

9.根据权利要求7所述的水凝胶涂层钛种植体的制备方法，其特征在于：所述引发剂在所述水凝胶前驱液中的质量体积分数为0.2%-0.4%，所述促进剂的用量占溶剂体积的0.08%-0.2%。

10.一种如权利要求1-6任一项所述的水凝胶涂层钛种植体或如权利要求7-9任一项所述的水凝胶涂层钛种植体的制备方法制得的水凝胶涂层钛种植体在制备具有免疫调控和促成骨功能的牙科种植体、骨科植入物或骨修复材料中的应用。