CN113952511B - 一种于钛基材料表面构建防污抗菌涂层的方法及其应用 - Google Patents

一种于钛基材料表面构建防污抗菌涂层的方法及其应用 Download PDF

Info

Publication number
CN113952511B
CN113952511B CN202111169202.5A CN202111169202A CN113952511B CN 113952511 B CN113952511 B CN 113952511B CN 202111169202 A CN202111169202 A CN 202111169202A CN 113952511 B CN113952511 B CN 113952511B
Authority
CN
China
Prior art keywords
titanium
based material
coating
antibacterial
implant
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202111169202.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113952511A (zh
Inventor
吴淑仪
李彦
吴丁财
李蔚然
周铭洪
黄智科
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ORAL SUBSIDIARY SUN YAT-SEN UNIVERSITY HOSPITAL
Sun Yat Sen University
Original Assignee
ORAL SUBSIDIARY SUN YAT-SEN UNIVERSITY HOSPITAL
Sun Yat Sen University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ORAL SUBSIDIARY SUN YAT-SEN UNIVERSITY HOSPITAL, Sun Yat Sen University filed Critical ORAL SUBSIDIARY SUN YAT-SEN UNIVERSITY HOSPITAL
Priority to CN202111169202.5A priority Critical patent/CN113952511B/zh
Publication of CN113952511A publication Critical patent/CN113952511A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113952511B publication Critical patent/CN113952511B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L27/00—Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
    • A61L27/28—Materials for coating prostheses
    • A61L27/34—Macromolecular materials
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L27/00—Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
    • A61L27/02—Inorganic materials
    • A61L27/04—Metals or alloys
    • A61L27/06—Titanium or titanium alloys
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L27/00—Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
    • A61L27/28—Materials for coating prostheses
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L27/00—Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
    • A61L27/50—Materials characterised by their function or physical properties, e.g. injectable or lubricating compositions, shape-memory materials, surface modified materials
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L27/00—Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
    • A61L27/50—Materials characterised by their function or physical properties, e.g. injectable or lubricating compositions, shape-memory materials, surface modified materials
    • A61L27/54—Biologically active materials, e.g. therapeutic substances
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L2300/00—Biologically active materials used in bandages, wound dressings, absorbent pads or medical devices
    • A61L2300/20—Biologically active materials used in bandages, wound dressings, absorbent pads or medical devices containing or releasing organic materials
    • A61L2300/204—Biologically active materials used in bandages, wound dressings, absorbent pads or medical devices containing or releasing organic materials with nitrogen-containing functional groups, e.g. aminoxides, nitriles, guanidines
    • A61L2300/208—Quaternary ammonium compounds
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L2300/00—Biologically active materials used in bandages, wound dressings, absorbent pads or medical devices
    • A61L2300/40—Biologically active materials used in bandages, wound dressings, absorbent pads or medical devices characterised by a specific therapeutic activity or mode of action
    • A61L2300/404—Biocides, antimicrobial agents, antiseptic agents
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L2300/00—Biologically active materials used in bandages, wound dressings, absorbent pads or medical devices
    • A61L2300/60—Biologically active materials used in bandages, wound dressings, absorbent pads or medical devices characterised by a special physical form
    • A61L2300/606—Coatings
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L2400/00—Materials characterised by their function or physical properties
    • A61L2400/18—Modification of implant surfaces in order to improve biocompatibility, cell growth, fixation of biomolecules, e.g. plasma treatment
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L2420/00—Materials or methods for coatings medical devices
    • A61L2420/02—Methods for coating medical devices
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L2420/00—Materials or methods for coatings medical devices
    • A61L2420/06—Coatings containing a mixture of two or more compounds
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L2430/00—Materials or treatment for tissue regeneration
    • A61L2430/12—Materials or treatment for tissue regeneration for dental implants or prostheses
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A50/00—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE in human health protection, e.g. against extreme weather
    • Y02A50/30—Against vector-borne diseases, e.g. mosquito-borne, fly-borne, tick-borne or waterborne diseases whose impact is exacerbated by climate change

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Transplantation (AREA)
  • Epidemiology (AREA)
  • Oral & Maxillofacial Surgery (AREA)
  • Dermatology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Materials For Medical Uses (AREA)

Abstract

本发明属于医疗器械表面改性技术领域，具体涉及一种于钛基材料表面构建防污抗菌涂层的方法及其应用。将钛基材料表面经碱热处理后通过硅烷偶联剂于钛基材料表面引入碳碳双键功能基团，随后在引发剂作用下，通过自由基聚合反应在材料表面接枝聚丙烯酸，得到羧基表面改性的钛基材料；再将其与乙二胺和双端氨基PEG反应于钛基材料表面构建出PEG防污涂层，并将其浸泡于次氯酸钠溶液中，于钛基材料表面构建出N‑卤胺抗菌涂层。由本发明方法构建的涂层不仅与钛基材料表面结合牢固、稳定性强，具有良好的防污抗菌性能，有效抑制生物膜黏附，还具有良好的生物相容性。

Description

一种于钛基材料表面构建防污抗菌涂层的方法及其应用
技术领域
本发明属于医疗器械表面改性技术领域，具体涉及一种于钛基材料表面构建防污抗菌涂层的方法及其应用。
背景技术
目前种植义齿修复已成为恢复缺失牙功能和形态的首选方式。由于种植体周围组织不同于天然牙周组织，其对细菌入侵的防御能力相对较弱，容易产生种植体周围感染，且一旦发生难以逆转，是种植修复失败的主要原因之一。种植体周围感染根据炎症累及的范围不同可分为种植体周围黏膜炎和种植体周围炎，前者炎症仅局限于黏膜，后者炎症已突破黏膜屏障累及骨组织。
通过种植材料的表面改性来预防和治疗种植体周围感染，从而提高种植修复的远期成功率是近年的研究热点。现有研究大多针对种植材料的龈下骨结合部分，对穿龈部分的研究甚少。然而，当种植体周围感染进展至种植体-骨界面，即以骨吸收为特征的种植体周围炎时才会暴露龈下骨结合部分，此时疾病进程已难以逆转。事实上，种植体穿龈部分与软组织形成的紧密结合是种植体-骨结合界面保护的第一道防御屏障，其可将种植体-骨结合界面与口腔环境有效隔离，从而保证骨结合界面的稳定性。菌斑生物膜附着在种植体穿龈部分时，穿龈区黏膜容易产生炎症即种植体周围黏膜炎，导致种植体-软组织结合界面被破坏。进一步，细菌突破软组织屏障侵入骨结合界面，引起以支持骨吸收为特征的种植体周围炎，最终导致种植修复失败。同时生物膜会降低抗菌剂的渗透能力，促进细菌进入休眠状态，大大降低细菌对抗菌剂的敏感性，为种植体周围感染的控制带来巨大挑战。因此，对种植体及其相关部件(如基台、愈合帽)的穿龈表面进行抗菌及防污改性，有望能从感染源头杀灭定植细菌，抑制生物膜的附着，从而预防和治疗种植体周围感染的发生。
另外，口腔颌面外科在骨折内固定、骨缺损重建、牵张成骨等方面应用的钛基植入物和装置常会暴露于口腔或外界，同样需要进行抗菌和防污改性，以有效地预防及控制周围组织感染。
N-卤胺是一类具有一个或多个氮-卤键(N-X，X＝Cl、Br、和I)的化合物，其中起抗菌作用的是带正电荷的卤素原子(如Cl+)，其抗菌机制主要包括接触式和释放式抗菌。接触式抗菌是Cl+直接从N-卤胺转移至细菌胞内；释放式抗菌是N-卤胺水解向溶液中释放Cl+。由于Cl+具有强氧化作用，可改变细胞膜的完整性，能与细胞内某些蛋白受体发生氧化还原反应，破坏细胞酶***，干扰细胞新陈代谢，并阻碍核酸合成，进而起到杀灭细菌的作用。在抗菌过程中N-Cl键水解为N-H键，再次卤化处理后N-H键又转变为N-Cl键，重新获得抗菌活性。这个特性赋予N-卤胺化合物优异的可再生抗菌性能。由于N-卤胺化合物具有结构稳定、广谱抗菌、抗菌活性强、抗菌性能可循环再生利用、不易导致耐药菌产生、生物安全性好及成本低等特点，目前已被广泛用于医疗耗材改性、水及空气净化、食品包装改良等领域，但鲜见被用于钛种植体及其相关部件的表面改性。
聚乙二醇(Polyethylene glycol，PEG)具有亲水性和广泛pH范围内的电中性，可以阻断基质与蛋白质之间的静电场和疏水相互作用，抵抗非特异性吸附，因此对细菌的胞外聚合物有较强的排斥作用，能有效地防止其黏附。其作用底物范围广，能通过共价键与多种化合物形成牢固的结合，并且具有良好的生物相容性，对人口腔上皮细胞无毒性。已经广泛应用于对蛋白质和多肽药物的修饰和药物体内传送，稳定性较强，不同聚合度的PEG均已经实现工业生产，端基功能基团多样且选择余地大，但鲜见被用于钛种植体及其相关部件的表面改性。
此外，现有研究中通过物理吸附或氢键将抗菌剂结合到钛表面形成的抗菌涂层牢固程度较低，抗菌成分析出快；传统化学涂层法将高分子抗菌剂及抗菌肽等物质应用于钛表面改性，缓释速率及效率随时间推移快速降低。且细菌杀灭后，钛表面残存的胞外聚合物会促进细菌的黏附，阻挡有效抗菌成分析出及抗菌激活剂的渗透，大大降低细菌对抗菌剂的敏感性。
因此，目前种植材料表面改性难以达到早期预防及控制疾病进程的作用，其抗菌涂层性能尚难达到预期的抗菌时效，且罕有针对预防生物膜的涂层研究，难以有效预防种植术后感染。
发明内容
本申请是基于发明人在先申请专利的进一步改进，解决了现有技术中存在的抗菌涂层稳定性差、可再生效果不理想的问题，更进一步解决了抗菌涂层出现的生物膜黏附的问题，本发明旨在提供一种于钛基材料表面构建防污抗菌涂层的方法及其应用，由本发明所述方法构建的涂层不仅结构稳定，与钛基材料表面结合牢固，具有良好的防污及可再生抗菌性能；尤其是本申请构建的独特的防污涂层，能够有效抑制生物膜黏附；另外，本申请构建的防污抗菌涂层还具有良好的生物相容性，极具市场推广应用价值。
基于上述目的，本发明采用的技术方案如下：
第一方面，本发明提供一种于钛基材料表面构建防污抗菌涂层的方法，包括如下步骤：
S1：将钛基材料经表面碱改性后，浸泡于含硅烷偶联剂的醇溶液中，于室温避光浸泡后取出晾干；
S2：将经步骤S1处理的钛基材料浸泡于含丙烯酸的醇溶液中，并加入引发剂搅拌均匀，于钛基材料表面形成聚丙烯酸；
S3：将经步骤S2处理的钛基材料晾干后置于乙二胺与双端氨基PEG的混合液中，并向混合液中加入酰胺偶联剂，搅匀后于40～60℃下反应10～14h，于钛基材料表面构建PEG防污涂层；
S4：将经步骤S3处理的钛基材料晾干后浸泡于次氯酸钠溶液，于-4～10℃温度下，避光浸泡，于钛基材料表面形成N-卤胺抗菌层，即经S1～S4所述方法处理后于钛基材料表面构建防污抗菌涂层。
本发明采用将钛基材料表面经碱处理后在硅烷偶联剂的作用下，于钛基材料表面引入碳碳双键功能基团，随后将其浸泡于丙烯酸溶液中，在引发剂作用下，通过自由基聚合反应于材料表面接枝聚丙烯酸，于钛基材料表面引入羧基，得到羧基表面改性的钛基材料；随后将其与乙二胺和双端氨基PEG反应，于钛基材料表面构建出PEG防污涂层，再将其浸泡于次氯酸溶液中，于钛基材料表面构建出N-卤胺抗菌涂层。即本发明采用共价键结合法及聚合物接枝法，利用双端氨基PEG与N-卤胺的协同作用，于钛基材料表面构建出防污抗菌涂层，涂层与基材表面结合牢固，经抗菌、防污以及生物相容性试验证明，本发明构建的涂层具有良好的抗菌效果，并能够有效抑制微生物于涂层表面产生生物膜，具有良好的抗污性能，还具有良好的生物相容性。
本发明首次将PEG用于钛种植材料的表面改性形成防污涂层，尤其是对口腔颌面部种植体、基台、愈合帽、口腔颌面外科的钛基植入物和装置的穿龈或穿皮肤部分表面改性，改性后的钛种植材料的表面涂层能够有效抑制胞外聚合物的黏附，具有优良的防污性能，对微生物生物膜的抑制率高达90％，有效抑制微生物于钛种植体表面黏附。本申请为PEG的应用及其在种植体及其相关部件穿龈表面改性提供新方向；针对现有单一抗菌涂层的抗生物膜作用非常有限的问题，本发明构建的防污涂层对生物膜的抑制率高达90％。
进一步地，步骤S1对钛基材料进行表面碱改性的方法为：将钛基材料置于50～60℃的碱液中浸泡12～24h；碱液为4～6mol/L的NaOH溶液或KOH溶液。
本发明通过对钛基材料进行表面碱处理改性，并在硅烷偶联剂的作用下，将碳碳双键引入钛片表面，便于后续通过碳碳双键于钛基材料表面引入聚丙烯酸。
进一步地，乙二胺与双端氨基PEG的混合液由向体积分数为30％的乙二胺水溶液中加入双端氨基PEG制得，混合液中双端氨基PEG的浓度为0.5～1.2mg/ml。
进一步地，次氯酸钠溶液中活性氯含量为7％～8％。
进一步地，含硅烷偶联剂的醇溶液为由硅烷偶联剂与75％的乙醇按照体积比2:3形成的混合液；含丙烯酸的醇溶液为由丙烯酸与无水乙醇按照体积比1:20形成的混合液。
进一步地，引发剂为偶氮二异丁腈或过氧化二苯甲酰；酰胺偶联剂包括2-氯-4,6-二甲氧基-1,3,5-三嗪。
进一步地，钛基材料包括口腔颌面部种植体、基台、愈合帽、口腔颌面外科的钛基植入物、装置。
其中，口腔颌面部种植体包括体部和颈部，基台包括临时基台和修复基台，口腔颌面外科的钛基植入物、装置包括可拆卸钛基植入物、装置和不可拆卸钛基植入物、装置，并且，愈合帽、基台为可拆卸部件。口腔种植体的颈部、基台以及愈合帽均与牙龈有接触；当种植体周围骨吸收后，种植体的体部也会与牙龈有接触。
通过在上述部件的表面构建本申请的防污抗菌涂层，能够有效预防和治疗口腔种植体周围感染的发生。
第二方面，本发明提供一种防污及可再生抗菌涂层改性的口腔颌面部种植体、基台、愈合帽、口腔颌面外科的钛基植入物、装置，该口腔颌面部种植体、基台、愈合帽、口腔颌面外科的钛基植入物、装置的表面均含有经上述方法构建得到的防污抗菌涂层。
本发明通过在口腔颌面部种植体的表面构建防污抗菌涂层，能够有效保护口腔种植体中穿龈区域接触的软组织，并形成防污抗菌屏障，以期在口腔种植体植入后有效地形成软组织封闭，预防种植体周围感染的发生。且当表面涂层的抗菌活性在种植修复远期已基本消失后，通过再活化可重新获得抗菌活性，可在种植体周围感染发生早期即可有效控制，而非现有的种植体表面改性，在种植修复远期已无法发挥作用。
本发明通过在基台的穿龈表面构建防污抗菌涂层，能够有效保护穿龈区域接触的软组织，并形成防污抗菌屏障，有效预防种植体周围感染的发生。且在种植体黏膜炎出现后，通过再活化涂层的抗菌活性，即可有效控制种植体周围感染的进展，而非现有的基台表面改性，在种植修复远期已无法发挥作用。
另外，本发明于愈合帽的表面构建上述防污抗菌涂层，具有防污抗菌涂层的愈合帽具备防污、抗菌性能及抗菌涂层可再生的特性，使得愈合帽具备了一定的治疗功能，可将表面构建本发明防污抗菌涂层的愈合帽称之为治疗性愈合帽；当种植体黏膜炎出现后，通过将口腔颌面部种植体的上部结构置换为治疗性愈合帽，利用治疗性愈合帽表面的防污抗菌涂层有效抑制周围黏膜炎症，将疾病遏止在发展早期，避免进一步发展为种植体周围炎。通过个性化设计治疗性愈合帽，精准匹配各类种植体及不同患者需求。
第三方面，本发明提供一种对上述口腔颌面部种植体、口腔颌面外科的钛基植入物、装置的表面涂层进行再活化的方法，具体采用将口腔颌面部种植体、口腔颌面外科的钛基植入物、装置的不可拆卸部件的暴露部分在橡皮障和牙龈封闭剂的保护下，用活性氯含量为4％～6％的次氯酸钠溶液冲洗10～20min。
在口腔内对口腔颌面部种植体、口腔颌面外科的钛基植入物、装置的不可拆卸部件的表面涂层进行再活化时，所用次氯酸钠溶液浓度可相对低一些、时间短一些，实验证明，以活性氯含量为5％的次氯酸钠溶液冲洗15min，口腔内不可拆卸部件的表面抗菌率可恢复到原来的88％，达到临床可接受的抗菌效果。
第四方面，本发明提供一种对上述基台、愈合帽、口腔颌面外科的钛基植入物、装置的表面涂层进行再活化的方法，具体采用将基台、愈合帽、口腔颌面外科的钛基植入物、装置的可拆卸部件拆卸后浸泡于活性氯含量为7％～8％的次氯酸钠溶液中，浸泡30～60min，实现对口腔内的可拆卸部件的表面涂层的再活化，经该再活化处理方法，可拆卸部件的表面抗菌率能够恢复到初始水平。
本发明于口腔颌面部种植体、基台、口腔颌面外科的钛基植入物、装置或愈合帽的表面构建的涂层能够通过再氯化，重新激活表面抗菌涂层，恢复其抗菌性能，以达到可再生及重复使用的目的。另外，本申请中的治疗性愈合帽不同于普通种植体，本发明治疗性愈合帽可椅旁拆卸并进行消毒和再氯化，使用极其便捷，同一个患者可重复使用直至炎症完全消退，不同患者间也可实现互用，大大节省医疗资源；可个性化设计治疗性愈合帽，精准匹配各类种植体及不同患者需求，因而本发明构建的具有上述涂层的口腔种植体，尤其是治疗性愈合帽具有极高的推广应用价值。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
本发明采用对钛基材料进行碱处理改性后，依次于钛基材料表面引入碳碳双键、羧基，通过与双端氨基PEG反应形成强结合的PEG防污涂层，并于PEG防污涂层构建N-卤胺，形成抗菌层，使得由本发明方法构建的涂层具有良好的防污抗菌性能，且与钛基材料结合牢固，由本发明构建的防污抗菌涂层不仅具有良好的抗菌性能和生物相容性，还具有良好的防污性能，通过抑制生物膜黏附于基材表面，进一步增强了抑菌效果。
本发明还提供了一种具有上述防污抗菌涂层的口腔种植体、基台和治疗性愈合帽以及对口腔种植体、基台和治疗性愈合帽的再生活化方法，使得本发明口腔种植体、基台和治疗性愈合帽具有良好的防污抗菌性能和生物相容性，有效保护穿龈部分的软组织屏障，将种植体周围感染遏止在发展早期，且能通过再氯化恢复其抗菌性能，可以多次重复使用，具有极高的推广应用价值。
附图说明
图1为不同涂层表面细菌存活情况的扫描电镜照片；
图2为不同涂层表面生物膜量的扫描电镜照片；
图3为双端氨基PEG浓度对涂层抑菌率及生物膜附着量的检测结果图。
具体实施方式
为更好地说明本发明的目的、技术方案和优点，下面将结合具体实施例对本发明作进一步说明。本领域技术人员应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例中所用的试验方法如无特殊说明，均为常规方法；所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
实施例1于钛基材料表面构建防污抗菌涂层的方法
本实施例提供一种于钛基材料表面构建防污抗菌涂层的方法，具体方法如下：
S1：将直径9.5mm、厚0.3mm的圆形钛片用#800、#1000、#1500SiC砂纸逐级打磨抛光，依次用丙酮、无水乙醇、双蒸水超声清洗20min，晾干备用。
S2：将晾干的钛片于60℃、5mol/L的NaOH溶液中，经热碱处理24h，使钛片表面羟基化，随后取出钛片用双蒸水冲洗后，浸泡于硅烷偶联剂KH570醇溶液(KH570与75％乙醇的体积比为2:3)中，于室温避光处理钛片30min，促使硅烷偶联剂与钛表面羟基反应，使钛片表面形成碳碳双键。随后取出用双蒸水冲洗晾干。
S3：将经步骤S2处理后的钛片于丙烯酸醇溶液(无水乙醇:丙烯酸单体的体积比为20:1)中，并加入0.1g引发剂偶氮二异丁腈，60℃下搅拌均匀24h，通过自由基聚合反应促使丙烯酸单体与钛表面碳碳双键相连并聚合成聚丙烯酸，于钛片表面引入羧基，随后取出用双蒸水冲洗晾干。
S4：将经步骤S3处理后的钛片置于乙二胺和双端氨基PEG的混合液(水:乙二胺:双端氨基PEG＝7ml:3ml:10mg)，并加入0.1g偶联剂(2-氯-4,6-二甲氧基-1,3,5-三嗪)，于50℃下反应12h，于钛片表面构建PEG防污涂层；随后将钛片取出用双蒸水冲洗晾干。
S5：将经步骤S4处理后的钛片浸泡于活性氯含量为7.5％的次氯酸钠溶液中，于避光冰浴(0℃)条件下处理2h，于钛片涂层表面引入氮氯功能基团，在钛片表面构建出N-卤胺高分子抗菌涂层。
经上述步骤于钛片表面构建得到防污抗菌涂层。
实施例2钛基材料表面构建的防污抗菌涂层的性能检测
本实施例以由实施例1于钛片表面构建得到具有防污抗菌涂层为例，进行表面涂层的抗菌性能、防污性能以及生物相容性进行检测，具体试验方法及效果如下。
1、抗菌性能
实验组：以由实施例1中步骤S1～S5所述方法于钛表面构建防污抗菌涂层作为实验组(Ti-PAA-PEG-NCl)。
对照组1：以经实施例1中步骤S1所述方法处理后，再将晾干的钛片于60℃、5mol/L的NaOH溶液中，经热碱处理24h，使钛片表面羟基化，随后取出钛片用双蒸水冲洗后的钛片作为对照组1(Ti-OH)。
对照组2：以经实施例1中步骤S1、S2、S3处理后将其置于乙二胺中，于80℃时反应24h，再将处理后的钛片浸泡于活性氯含量为7.5％的次氯酸钠溶液，于钛表面构建出N-卤胺高分子抗菌层，即可制备得到钛种植体表面的可再生抗菌涂层，作为对照组2(Ti-PAA-NCl)。
以金黄色葡萄球菌作为模型菌，用平板计数法检测涂层的抗菌性能，利用扫描电镜观察涂层表面细菌的留存情况，结果如图1所示，可以看出，由本发明方法构建的涂层上留存的细菌数量明显少于对照组1、2，表明本发明方法构建的涂层对金黄色葡萄球菌的接触性抗菌率达90％以上，具有较好的抗菌效果。
2、防污性能
实验组：以由实施例1中步骤S1～S5所述方法于钛表面构建防污抗菌涂层作为实验组(Ti-PAA-PEG-NCl)。
对照组1：以经实施例1中步骤S1所述方法处理后，再将晾干的钛片于60℃、5mol/L的NaOH溶液中，经热碱处理24h，使钛片表面羟基化，随后取出钛片用双蒸水冲洗后的钛片作为对照组1(Ti-OH)。
对照组2：以经实施例1中步骤S1、S2、S3处理后将其置于乙二胺中，于80℃时反应24h，再将处理后的钛片浸泡于活性氯含量为7.5％的次氯酸钠溶液，于钛表面构建出N-卤胺高分子抗菌层，即可制备得到钛种植体表面的可再生抗菌涂层，作为对照组2(Ti-PAA-NCl)。
以金黄色葡萄球菌作为模型菌，共培养48h后通过结晶紫染色法评估生物膜附着量，利用扫描电镜观察实验组和对照组涂层表面的生物膜量，结果如图2所示，可以看出在本发明所述方法构建的涂层表面基本不可见金黄色葡萄球菌生物膜，表明由本发明方法构建的涂层对金黄色葡萄球菌生物膜黏附抑制率在90％以上，表明本发明方法构建的涂层具备良好的防污性能。
3、生物相容性
取L929细胞系及人牙龈成纤维细胞(HGFs)接种于由实施例1制得的含有防污抗菌涂层的钛片上，共培养1d、3d、7d后，发现涂层对细胞的增殖能力无明显影响，证明该涂层的细胞相容性良好。
实施例3双端氨基PEG浓度对钛基材料表面构建的防污抗菌涂层性能的影响
本实施例旨在探究双端氨基PEG的浓度对钛基材料表面构建的防污抗菌涂层性能的影响，具体试验方法及实验结果如下。
实验方法：参照实施例1中于钛表面构建防污抗菌涂层的方法，本实施例步骤S4中乙二胺和双端氨基PEG混合液中，溶剂仍为30％(v/v)的乙二胺水溶液，区别在于双端氨基PEG于混合液中的浓度依次为0.2mg/ml、0.5mg/ml、0.8mg/ml、1.0mg/ml、1.2mg/ml、1.5mg/ml，其余同实施例1，于钛基材料表面构建防污抗菌涂层，所得试样依次记为试样1～6。
性能检测方法：以金黄色葡萄球菌作为模型菌，用平板计数法检测涂层的抗菌性能，通过结晶紫染色法计算生物膜附着量，对试样1～6进行抗菌、防污性能检测，结果如图3所示，图3左上方图为不同双端氨基PEG浓度对应的涂层的抗菌率柱形图；图3右上方图为不同双端氨基PEG浓度对应的涂层的生物膜附着量柱形图；图3下图不同双端氨基PEG浓度的抑菌性能及生物膜附着量与对照组的对比照片。由图3的结果可以看出，PEG浓度为0.5～1.2mg/ml时，涂层的抗菌率达90％以上，且防污率达85％以上。更优选地，当PEG浓度为1.0mg/ml时，涂层的抗菌率和防污率均达90％以上。
实施例4一种可再生防污抗菌改性的治疗性愈合帽及其表面涂层的再活化
参照实施例1所述方法，于治疗性愈合帽的表面构建防污抗菌涂层，具体方法如下：
S1：将治疗性愈合帽的钛基表面用#800、#1000、#1500SiC砂纸逐级打磨抛光，依次用丙酮、无水乙醇、双蒸水超声清洗20min，晾干备用。
S2：将晾干的治疗性愈合帽于60℃、5mol/L的NaOH溶液中，经热碱处理24h，使其表面羟基化，随后取出用双蒸水冲洗后，浸泡于硅烷偶联剂KH570醇溶液(KH570与75％乙醇的体积比为2:3)中，于室温避光处理30min，促使硅烷偶联剂与钛基表面羟基反应，使治疗性愈合帽表面形成碳碳双键。随后取出用双蒸水冲洗晾干。
S3：将经步骤S2处理后的治疗性愈合帽于丙烯酸醇溶液(无水乙醇:丙烯酸单体的体积比为20:1)中，并加入0.1g引发剂偶氮二异丁腈，60℃下搅拌均匀24h，通过自由基聚合反应促使丙烯酸单体与钛基表面碳碳双键相连并聚合成聚丙烯酸，于钛基表面引入羧基，随后取出用双蒸水冲洗晾干。
S4：将经步骤S3处理后的治疗性愈合帽置于乙二胺和双端氨基PEG混合液(水:乙二胺:双端氨基PEG＝7ml:3ml:10mg)，并加入0.1g偶联剂(2-氯-4,6-二甲氧基-1,3,5-三嗪)，于50℃下反应12h，于钛基表面构建PEG防污涂层；随后取出用双蒸水冲洗晾干。
S5：将经步骤S4处理后的治疗性愈合帽浸泡于活性氯含量为7.5％的次氯酸钠溶液中，于避光冰浴(0℃)条件下处理2h，在治疗性愈合帽的钛基表面构建出N-卤胺高分子抗菌涂层。
当治疗性愈合帽表面的抗菌涂层失效后，可采用将治疗性愈合帽于活性氯含量为7％～8％的次氯酸钠溶液中，浸泡30～60min，重新激活治疗性愈合帽表面抗菌涂层，实现对治疗性愈合帽表面抗菌涂层的再活化，达到再生以及重复使用的目的。
另外，可参照本实施例所述方法，对基台、口腔颌面外科的钛基植入物、装置的可拆卸部件进行表面防污抗菌涂层的构建。
当基台、口腔颌面外科的钛基植入物、装置的可拆卸部件表面的防污抗菌涂层失效后，参照治疗性愈合帽表面涂层再活化的方式，将基台、口腔颌面外科的钛基植入物、装置的可拆卸部件拆卸下来浸泡于活性氯含量为7％～8％的次氯酸钠溶液中，浸泡30～60min，实现基台表面涂层的再活化。
当口腔颌面部种植体、口腔颌面外科的钛基植入物、装置的不可拆卸部件的表面的防污抗菌涂层失效后，将口腔颌面部种植体、口腔颌面外科的钛基植入物、装置的不可拆卸部件的暴露部分在橡皮障和牙龈封闭剂的保护下，用活性氯含量为4％～6％的次氯酸钠溶液冲洗10～20min，经试验证实，用活性氯含量为5％、pH＝7的次氯酸钠溶液对口腔种植体冲洗15min，其抗菌率可恢复到原来的88％，达到临床上可接受的效果。
综上所述，本发明采用共价键结合法及聚合物接枝法，利用PEG与N-卤胺的协同作用，于愈合帽表面构建牢固稳定的长效可再生抗菌及防污双功能涂层，双轨保护穿龈部分的软组织屏障，为早期预防和控制种植体周围炎提供新思路。通过将口腔种植体的暴露部分参照前述方法进行再氯化，将可拆卸部件如治疗性愈合帽、基台、口腔颌面外科的钛基植入物、装置的可拆卸部件拆卸后浸泡于次氯酸钠溶液中进行再氯化，重新激活治疗性愈合帽、基台和口腔种植体表面的抗菌涂层，以达到可再生及重复使用的目的，使得本发明于钛基材料如口腔种植体、治疗性愈合帽、基台等表面构建防污抗菌涂层的方法极具推广应用价值。
最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (8)

1.一种于钛基材料表面构建防污抗菌涂层的方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：将钛基材料经表面碱改性后，浸泡于含硅烷偶联剂的醇溶液中，于室温避光浸泡后取出晾干；
S2：将经步骤S1处理的钛基材料浸泡于含丙烯酸的醇溶液中，并加入引发剂搅拌均匀，于钛基材料表面接枝聚丙烯酸；
S3：将经步骤S2处理的钛基材料晾干后置于乙二胺与双端氨基PEG的混合液中，并向混合液中加入酰胺偶联剂，搅匀后于40～60℃下反应10～14h，于钛基材料表面构建PEG防污涂层；
S4：将经步骤S3处理的钛基材料晾干后浸泡于次氯酸钠溶液，于-4～10℃温度下，避光浸泡，于钛基材料表面形成N-卤胺抗菌层；即经S1～S4所述方法处理后于钛基材料表面构建防污抗菌涂层；
所述乙二胺与双端氨基PEG的混合液由向体积分数为30％的乙二胺水溶液中加入双端氨基PEG制得，混合液中双端氨基PEG的浓度为0.5～1.2mg/mL；
所述钛基材料包括口腔颌面部种植体、基台、愈合帽、口腔颌面外科的钛基植入物、装置。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S1对钛基材料进行表面碱改性的方法为：将钛基材料置于50～60℃的碱液中浸泡12～24h；所述碱液为4～6mol/L的NaOH溶液或KOH溶液。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述次氯酸钠溶液中活性氯含量为7％～8％。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述含硅烷偶联剂的醇溶液为由硅烷偶联剂与75％的乙醇按照体积比2:3形成的混合液；所述含丙烯酸的醇溶液为由丙烯酸与无水乙醇按照体积比1:20形成的混合液。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述引发剂为偶氮二异丁腈或过氧化二苯甲酰；所述酰胺偶联剂包括2-氯-4,6-二甲氧基-1,3,5-三嗪。
6.一种防污及可再生抗菌涂层改性的钛基材料，其特征在于，所述钛基材料的表面均含有经权利要求1～5任一项所述方法构建的防污抗菌涂层；所述钛基材料包括口腔颌面部种植体、基台、愈合帽、口腔颌面外科的钛基植入物、装置。
7.一种对权利要求6所述钛基材料的表面涂层进行再活化的方法，其特征在于，将钛基材料的不可拆卸部件的暴露部分在橡皮障和牙龈封闭剂的保护下，用活性氯含量为4％～6％的次氯酸钠溶液冲洗10～20min；所述钛基材料包括口腔颌面部种植体、口腔颌面外科的钛基植入物、装置。
8.一种对权利要求6所述钛基材料的表面涂层进行再活化的方法，其特征在于，将钛基材料的可拆卸部件拆卸后浸泡于活性氯含量为7％～8％的次氯酸钠溶液中，浸泡30～60min；所述钛基材料包括基台、愈合帽、口腔颌面外科的钛基植入物、装置。
CN202111169202.5A 2021-09-30 2021-09-30 一种于钛基材料表面构建防污抗菌涂层的方法及其应用 Active CN113952511B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111169202.5A CN113952511B (zh) 2021-09-30 2021-09-30 一种于钛基材料表面构建防污抗菌涂层的方法及其应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111169202.5A CN113952511B (zh) 2021-09-30 2021-09-30 一种于钛基材料表面构建防污抗菌涂层的方法及其应用

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113952511A CN113952511A (zh) 2022-01-21
CN113952511B true CN113952511B (zh) 2023-05-09

Family

ID=79463460

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111169202.5A Active CN113952511B (zh) 2021-09-30 2021-09-30 一种于钛基材料表面构建防污抗菌涂层的方法及其应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113952511B (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114369948B (zh) * 2021-12-30 2023-08-08 广东宝创环保新材料制品有限公司 一种抗菌型医用无纺布及其制备工艺
CN114712569B (zh) * 2022-04-08 2023-06-02 中山大学附属第八医院（深圳福田） 一种可再生抗菌兼促成骨钛基金属材料及其制备方法和应用
CN114887114B (zh) * 2022-04-24 2023-04-07 中山大学附属第八医院（深圳福田） 一种级联抗菌兼促成骨钛基金属材料及其制备方法和应用

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014044074A1 (zh) * 2012-09-19 2014-03-27 四川大学 智能可控释放抗菌成分的牙种植体及制备方法

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7927620B2 (en) * 2007-05-15 2011-04-19 Boston Scientific Scimed, Inc. Medical devices having antifouling character
NZ593201A (en) * 2008-12-05 2013-05-31 Semprus Biosciences Corp Non-fouling, anti-microbial, anti-thrombogenic graft-from compositions
TW201105369A (en) * 2009-05-29 2011-02-16 Alcon Res Ltd N-halamine formulations with enhanced antimicrobial activity
WO2018039721A1 (en) * 2016-08-31 2018-03-08 Commonwealth Scientific And Industrial Research Organisation Polymer coatings
CN107823725B (zh) * 2017-10-11 2020-10-09 上海君联医疗设备有限公司 一种可延期回收的血栓滤器及其制作方法
CN110354303A (zh) * 2018-03-26 2019-10-22 北京化工大学 一种金属钛表面的抗菌修饰方法
CN110452121A (zh) * 2018-05-08 2019-11-15 香港纺织及成衣研发中心 一种具有抗菌作用的生物基材料及用途
CN111118484B (zh) * 2020-01-17 2021-08-17 中山大学附属口腔医院 一种钛种植体表面的长效可再生抗菌涂层
CN112552765B (zh) * 2020-12-02 2022-02-01 江南大学 一种季铵盐阳离子抗菌防污涂层及其制备方法与应用

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014044074A1 (zh) * 2012-09-19 2014-03-27 四川大学 智能可控释放抗菌成分的牙种植体及制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN113952511A (zh) 2022-01-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN113952511B (zh) 一种于钛基材料表面构建防污抗菌涂层的方法及其应用
Subramani et al. Decontamination of titanium implant surface and re-osseointegration to treat peri-implantitis: a literature review.
Bumgardner et al. Emerging antibacterial biomaterial strategies for the prevention of peri-implant inflammatory diseases.
Tanaka et al. Development of novel dental restorative composites with dibasic calcium phosphate loaded chitosan fillers
US20190105374A1 (en) Medical device comprising collagen-vi
EP1263347A2 (en) System for the controlled delivery of an active material to a dental site
Al-Hashedi et al. Electrochemical treatment of contaminated titanium surfaces in vitro: An approach for implant surface decontamination
JP2004209241A (ja) 抗菌性材料、及びその製造方法
US5814331A (en) Process for inhibiting pathogenic bacteria in the oral cavity and for binding peptide growth factors on surfaces
KR101359100B1 (ko) 임플란트 표면처리 방법
CN108144118A (zh) 一种抗菌种植牙基台的制备方法
Ting et al. Developments in antibacterial therapy: focus on physical stimuli approaches
Yavuz et al. Effects of chlorhexidine gluconate and ozone on bond strength
Sorourhomayoun et al. Shear bond strength of composite to primary enamel teeth treated with different concentrations and various molecular weights of chitosan
Abualsaud et al. Highlights on Drug and Ion Release and Recharge Capacity of Antimicrobial Removable Prostheses
CN114699325B (zh) 预防正畸牙釉质损伤的新型釉质粘结方法
Shetty et al. Comparative evaluation of the effect of two cavity disinfectants on the microtensile bond strength at resin-dentine interface: in vitro study
US9925397B2 (en) Conditioning composition
US20240189480A1 (en) Polyphenol coating and preparation method and use thereof
Chauhan et al. APPLICATIONS OF CHITOSAN IN DENTISTRY-A REVIEW ARTICLE
Robo Application of chlorhexidine and its effect on hybrid layers: A review of the literature
Li et al. Coral‐inspired anti‐biofilm therapeutic abutments as a new paradigm for prevention and treatment of peri‐implant infection
US20110300233A1 (en) Conditioning composition
Xin et al. Oral Environment-Adaptive Peptide–Polymer Conjugate for Caries Prevention with Targeting, Antibacterial, and Antifouling Abilities
Alghanaim et al. Effects of sterilization, conditioning, and thermal aging on the retention of zirconia hybrid abutments: A laboratory study

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant