一种pH敏感的柚皮苷-介孔二氧化硅-壳聚糖镁合金涂层及其制备方法与流程

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一种ph敏感的柚皮苷-介孔二氧化硅-壳聚糖镁合金涂层及其制备方法
技术领域
1.本发明创造属于生物医学骨科领域，尤其是涉及一种ph敏感的柚皮苷-介孔二氧化硅-壳聚糖镁合金涂层及其制备方法。

背景技术：

2.微弧氧化，又称等离子体增强电化学表面陶瓷化等技术，是一种铝、镁、钛及其合金表面在电解液中依赖外加电场使其表面原位反应生成自身金属氧化物的新技术。具体原理为：将镁合金制品做阳极，不锈钢槽做阴极，置于脉冲电场环境的电解液中，样品表面因受端电压作用而发生等离子体放电，所产生的高温高压条件使微区的镁原子与溶液中的氧结合生成与基体以冶金方式结合的氧化镁陶瓷层。镁及镁合金由于其具有良好的骨诱导性、可降解性、生物相容性等特点，在骨修复方面有着广阔的市场前景。
3.目前，在骨科领域中镁合金微弧氧化工艺已经有一些研究，但是这些研究均存在骨诱导能力不足的缺陷。

技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明创造旨在克服现有技术中的缺陷，提出一种ph敏感的柚皮苷-介孔二氧化硅-壳聚糖镁合金涂层的制备方法及应用。
5.为达到上述目的，本发明创造的技术方案是这样实现的：
6.作为本发明的第一方面，提供了一种ph敏感的柚皮苷-介孔二氧化硅-壳聚糖镁合金涂层，所述柚皮苷-介孔二氧化硅-壳聚糖包括介孔二氧化硅纳米粒子、包载于介孔二氧化硅纳米粒子中的柚皮苷以及修饰于介孔二氧化硅纳米粒子表面的壳聚糖；所述涂层由柚皮苷-介孔二氧化硅-壳聚糖采用微弧氧化的方法覆盖到镁合金上后得到。
7.优选的，所述介孔二氧化硅纳米粒子的制备方法包括如下步骤：
8.s11：取十六烷基三甲基溴化铵和聚乙烯吡咯烷酮溶于去离子水中，加入浓氨水，在室温下持续搅拌25-40min之后加入正硅酸乙酯，继续搅拌至反应结束，将所得溶液抽滤、洗涤、干燥后得到白固体。
9.s12：取白固体，使用研钵进行研磨10-30min，将粉碎后的粉末放入马弗炉中进行煅烧，煅烧升温过程在30-40min,煅烧温度设置为450-600℃。煅烧8-10h即得到介孔二氧化硅纳米粒子。
10.优选的，十六烷基三甲基溴化铵与聚乙烯吡咯烷酮的质量比为1:2-1:4。
11.优选的，所述浓氨水溶液的浓度为22％-25％，其加入量为每0.7g十六烷基三甲基溴化铵加入150-250ml浓氨水溶液。
12.优选的，所述正硅酸乙酯的加入量为每0.7g十六烷基三甲基溴化铵加入2-3ml正硅酸乙酯。
13.优选的，柚皮苷与介孔二氧化硅纳米粒子的质量比为5:1-8:1
14.优选的，将经过100-200℃活化后的介孔二氧化硅纳米粒子和柚皮苷进行固相混合，在黑暗环境中20-30℃下搅拌10-30min，混合均匀后加入甲醇，进行10-20min超声处理，在20-30℃下搅拌3-5h后进行离心，离心后收集所有的洗涤液后过滤，过滤后产品在真空干燥即得到包载柚皮苷的介孔二氧化硅纳米粒子。
15.优选的，所述柚皮苷与介孔二氧化硅纳米粒子的质量比为5:1-8:1。
16.优选的，所述混合溶液中柚皮苷的加入量为每1ml的甲醇加入40-80mg柚皮苷；
17.优选的，所述混合溶液中介孔二氧化硅纳米粒子的浓度为10-20mg/ml。
18.优选的，柚皮苷-介孔二氧化硅-壳聚糖的制备方法包括如下步骤：配制将壳聚糖溶于乙酸中形成壳聚糖/乙酸溶液，调节壳聚糖/乙酸溶液ph为6.0，取壳聚糖/乙酸溶液加入包载柚皮苷的介孔二氧化硅纳米粒子，室温下磁力搅拌34-40h，反应结束后，产物离心分离，去离子水洗涤、干燥后得到柚皮苷-介孔二氧化硅-壳聚糖。
19.优选的，所述壳聚糖/乙酸溶液中壳聚糖的浓度为0.4-0.6％w/v，所述乙酸的浓度为8-10％v/v。
20.优选的，所述介孔二氧化硅纳米粒子的加入量为每40ml的壳聚糖/乙酸溶液中加入0.15-0.25g介孔二氧化硅纳米粒子。
21.作为本发明的第二方面，提供了一种ph敏感的柚皮苷-介孔二氧化硅-壳聚糖镁合金复合涂层的制备方法，该方法包括如下步骤：
22.s1：制备介孔二氧化硅纳米粒子
23.s11：取十六烷基三甲基溴化铵和聚乙烯吡咯烷酮溶于去离子水中，加入浓氨水，在室温下持续搅拌25-40min之后加入正硅酸乙酯，继续搅拌至反应结束，将所得溶液抽滤、洗涤、干燥后得到白固体。
24.s12：取白固体，使用研钵进行研磨10-30min，将粉碎后的粉末放入马弗炉中进行煅烧，煅烧升温过程在30-40min,煅烧温度设置为450-600℃。煅烧8-10h即得到介孔二氧化硅纳米粒子。
25.s2：制备包载柚皮苷的介孔二氧化硅纳米粒子
26.将经过100-200℃活化后的介孔二氧化硅纳米粒子和柚皮苷进行固相混合，在黑暗环境中20-30℃下搅拌10-30min，混合均匀后加入甲醇，进行10-20min超声处理，在20-30℃下搅拌3-5h后进行离心，离心后收集所有的洗涤液后过滤，过滤后产品在真空干燥即得到包载柚皮苷的介孔二氧化硅纳米粒子；
27.s3：制备柚皮苷-介孔二氧化硅-壳聚糖
28.配制壳聚糖/乙酸溶液，调节壳聚糖/乙酸溶液ph为6.0，取壳聚糖/乙酸溶液加入包载柚皮苷的介孔二氧化硅纳米粒子，室温下磁力搅拌34-40h，反应结束后，产物离心分离，去离子水洗涤、干燥后得到柚皮苷-介孔二氧化硅-壳聚糖
29.s4：覆盖柚皮苷-介孔二氧化硅-壳聚糖的镁合金涂层的制备
30.以正向电流0.6，负向电流0.1，频率500hz，正向占空比40、负向占空比20，时间12min，将柚皮苷-介孔二氧化硅-壳聚糖采用浸渍提拉的方法覆盖到微弧氧化后的镁合金上即得柚皮苷-介孔二氧化硅-壳聚糖镁合金复合涂层。
31.相对于现有技术，本发明创造具有以下优势：
32.本发明用柚皮苷这种天然物质可以增加骨形成和生物诱导，并且明显的促进了植
入材料的骨整合性，从而为临床应用提供理论依据。
附图说明
33.图1为实施例4制备的ng@sa-mao以及对比例1制得的mao、对比例2制得的sa-mao的电镜扫描图；
34.图2为实施例4制备的ng@sa-mao以及对比例1制得的mao、对比例2制得的sa-mao的xrd图谱；
35.图3为实施例4制备的ng@sa-mao以及对比例1制得的mao、对比例2制得的sa-mao的红外光谱图；
36.图4为实施例4制备的ng@sa-mao以及对比例1制得的mao、对比例2制得的sa-mao的阻抗电容弧图；
37.图5为实施例4制备的ng@sa-mao以及对比例1制得的mao、对比例2制得的sa-mao的电化学交流阻抗模值曲线图；
38.图6为实施例4制备的ng@sa-mao以及对比例1制得的mao、对比例2制得的sa-mao的电化学交流阻抗相位角曲线图；
39.图7为实施例4制备的ng@sa-mao以及对比例1制得的mao、对比例2制得的sa-mao耐腐蚀性能图。
具体实施方式
40.除有定义外，以下实施例中所用的技术术语具有与本发明创造所属领域技术人员普遍理解的相同含义。以下实施例中所用的试验试剂，如无特殊说明，均为常规生化试剂；所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。
41.下面结合实施例来详细说明本发明创造。
42.主要原料及试剂：
43.正硅酸乙酯(teos，分析纯，天津市福晨化学试剂厂)；浓氨水(nh4oh，分析纯，天津市德恩化学试剂有限公司)；均三甲苯(tms，分析纯，阿拉丁试剂有限公司)；无水乙醇(分析纯，天津市风船化学试剂科技有限公司)；95％甲醇(分析纯，天津市风船化学试剂科技有限公司)；十六烷基三甲基溴化铵(ctab，分析纯，天津市津北精细化工有限公司)；聚乙烯吡咯烷酮(pvp，分析纯，上海市源叶生物公司)；去离子水(郑州中原高纯水厂)；聚醚f127(分析纯，sigma)；壳聚糖(cs，生化试剂，分子量11万-15万，amresco)；布洛芬、正己烷(分析纯，天津市德恩化学试剂有限公司)；冰乙酸(ch3cooh，分析纯，天津市科密欧化学试剂开发中心)；
44.实施例1介孔二氧化硅纳米粒子的制备与表征
45.称取0.7g十六烷基三甲基溴化铵和2.1g聚乙烯吡咯烷酮溶于200ml去离子水中，在搅拌过程中快速加入7ml浓氨水，在室温下持续搅拌25-40min之后快速加入2.4ml正硅酸乙酯，继续搅拌5h至反应结束，将所得溶液抽滤、洗涤、干燥后得到白固体；
46.取白固体，使用研钵进行研磨10-30min，将粉碎后的粉末放入马弗炉中进行煅烧，煅烧升温过程在30-40min,煅烧温度设置为450-600℃。煅烧8-10h即得到介孔二氧化硅纳米粒子。
47.实施例2在介孔二氧化硅纳米粒子中载入柚皮苷
48.称取400mg经过100-200℃活化后的介孔二氧化硅纳米粒子和2.4g柚皮苷进行固相混合，在黑暗环境中20-30℃下搅拌10-30min，混合均匀后加入30ml甲醇，进行10-20min超声处理，在20-30℃下搅拌3-5h后进行离心，离心后收集所有的洗涤液后过滤，过滤后产品在真空干燥即得到包载柚皮苷的介孔二氧化硅纳米粒子
49.实施例3壳聚糖-介孔二氧化硅载药纳米粒子的制备
50.分别配制0.6％w/v的壳聚糖/乙酸溶液(乙酸为10％v/v)，用1m的naoh溶液调ph为6.0。取40mlph为6.0的壳聚糖/乙酸溶液加入0.2g介孔二氧化硅/柚皮苷。室温下磁力搅拌36h。反应结束后，产物离心分离，去离子水洗涤两次，产品室温真空干燥，得到壳聚糖/介孔二氧化硅载药纳米粒子。
51.实施例4覆盖柚皮苷-介孔二氧化硅-壳聚糖的镁合金涂层制备
52.以正向电流0.6，负向电流0.1，频率500hz，正向占空比40、负向占空比20的条件，反应时间12min，将柚皮苷-介孔二氧化硅-壳聚糖采用浸渍提拉的方法覆盖到微弧氧化后的镁合金上得到柚皮苷-介孔二氧化硅-壳聚糖的镁合金复合涂层(ng@sa-mao)。
53.对比例1
54.采用与实施例4同样的微弧氧化方法和参数将镁合金表面进行微弧氧化操作得到表面微弧氧化的镁合金(mao)。
55.对比例2
56.将海藻酸钠覆盖至表面微弧氧化的镁合金表面得到表面覆盖海藻酸钠的镁合金涂层(sa-mao)。
57.图1为实施例4制备的ng@sa-mao以及对比例1制得的mao、对比例2制得的sa-mao的电镜扫描图(图1中a、b、c分别为mao、sa-mao、ng@sa-mao)。由图1可知ng@sa-mao的孔隙率变低，说明在经过ng微弧氧化后，ng被成功负载于镁合金表面。
58.图2为实施例4制备的ng@sa-mao以及对比例1制得的mao、对比例2制得的sa-mao的xrd图谱。由图2可知经过xrd检测晶相元素检测后，各元素的含量发生变化，其中以mg含量的变化尤为突出。
59.图3为实施例4制备的ng@sa-mao以及对比例1制得的mao、对比例2制得的sa-mao的红外光谱图。由图3可知红外光谱检测各物质特征峰值，说明sa；介孔二氧化硅；ng均被成功的微弧氧化于mg合金上。
60.图4为实施例4制备的ng@sa-mao以及对比例1制得的mao、对比例2制得的sa-mao的阻抗电容弧图(图4中a、b、c分别为ng@sa-mao、sa-mao、mao)。由图4可知通过阻抗电容弧测试，ng@sa-mao后，z值显著提升。
61.图5为实施例4制备的ng@sa-mao以及对比例1制得的mao、对比例2制得的sa-mao的电化学交流阻抗模值曲线图。由图5可知通过阻抗模量测试，ng@sa-mao后，z值显著提升。
62.图6为实施例4制备的ng@sa-mao以及对比例1制得的mao、对比例2制得的sa-mao的电化学交流阻抗相位角曲线图。由图6可知通过阻抗相位角测试，ng@sa-mao后，阻抗相位角显著提升。
63.测试实施例4制备的ng@sa-mao以及对比例1制得的mao、对比例2制得的sa-mao在模拟体液溶液中的耐腐蚀性能，自腐蚀电流如图7所示。由图7可知，与表面微弧氧化的镁合
金以及表面覆盖海藻酸钠的镁合金涂层相比，覆盖柚皮苷-介孔二氧化硅-壳聚糖的镁合金涂层的自腐蚀电流密度均降低了一个数量级，腐蚀速度更慢。表明，本发明提供的覆盖柚皮苷-介孔二氧化硅-壳聚糖的镁合金涂层的耐腐蚀性优异，因而在应用过程中能够有效地抑制其极化过程，降低腐蚀速率。
64.以上所述仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。

技术特征：

1.一种ph敏感的柚皮苷-介孔二氧化硅-壳聚糖镁合金涂层，其特征在于：所述柚皮苷-介孔二氧化硅-壳聚糖包括介孔二氧化硅纳米粒子、包载于介孔二氧化硅纳米粒子中的柚皮苷以及修饰于介孔二氧化硅纳米粒子表面的壳聚糖；所述涂层由柚皮苷-介孔二氧化硅-壳聚糖采用微弧氧化的方法覆盖到镁合金上后得到。2.根据权利要求1所述的ph敏感的柚皮苷-介孔二氧化硅-壳聚糖镁合金涂层，其特征在于：所述介孔二氧化硅纳米粒子的制备方法包括如下步骤：s11：取十六烷基三甲基溴化铵和聚乙烯吡咯烷酮溶于去离子水中，加入浓氨水，在室温下持续搅拌25-40min之后加入正硅酸乙酯，继续搅拌至反应结束，将所得溶液抽滤、洗涤、干燥后得到白固体；s12：取白固体，使用研钵进行研磨10-30min，将粉碎后的粉末放入马弗炉中进行煅烧，煅烧升温过程在30-40min,煅烧温度设置为450-600℃。煅烧8-10h即得到介孔二氧化硅纳米粒子。3.根据权利要求2所述的ph敏感的柚皮苷-介孔二氧化硅-壳聚糖镁合金涂层，其特征在于：所述步骤s11中十六烷基三甲基溴化铵与聚乙烯吡咯烷酮的质量比为1:2-1:4；优选的，所述浓氨水溶液的浓度为22％-25％，其加入量为每0.7g十六烷基三甲基溴化铵加入150-250ml浓氨水溶液；优选的，所述正硅酸乙酯的加入量为每0.7g十六烷基三甲基溴化铵加入2-3ml正硅酸乙酯。4.根据权利要求2所述的ph敏感的柚皮苷-介孔二氧化硅-壳聚糖镁合金涂层，其特征在于：包载柚皮苷的介孔二氧化硅纳米粒子的制备方法包括如下步骤：将经过100-200℃活化后的介孔二氧化硅纳米粒子和柚皮苷进行固相混合，在黑暗环境中20-30℃下搅拌10-30min，混合均匀后加入甲醇，进行10-20min超声处理，在20-30℃下搅拌3-5h后进行离心，离心后收集所有的洗涤液后过滤，过滤后产品在真空干燥即得到包载柚皮苷的介孔二氧化硅纳米粒子。5.根据权利要求5所述的ph敏感的柚皮苷-介孔二氧化硅-壳聚糖镁合金涂层，其特征在于：所述柚皮苷与介孔二氧化硅纳米粒子的质量比为5:1-8:1；优选的，所述混合溶液中柚皮苷的加入量为每1ml的甲醇加入40-80mg柚皮苷；优选的，所述混合溶液中介孔二氧化硅纳米粒子的浓度为10-20mg/ml。6.根据权利要求5所述的ph敏感的柚皮苷-介孔二氧化硅-壳聚糖镁合金涂层，其特征在于：柚皮苷-介孔二氧化硅-壳聚糖的制备方法包括如下步骤：配制将壳聚糖溶于乙酸中形成壳聚糖/乙酸溶液，调节壳聚糖/乙酸溶液ph为6.0，取壳聚糖/乙酸溶液加入包载柚皮苷的介孔二氧化硅纳米粒子，室温下磁力搅拌34-40h，反应结束后，产物离心分离，去离子水洗涤、干燥后得到柚皮苷-介孔二氧化硅-壳聚糖。7.根据权利要求5所述的ph敏感的柚皮苷-介孔二氧化硅-壳聚糖镁合金涂层，其特征在于：所述壳聚糖/乙酸溶液中壳聚糖的浓度为0.4-0.6％w/v，所述乙酸的浓度为8-10％v/v；优选的，所述介孔二氧化硅纳米粒子的加入量为每40ml的壳聚糖/乙酸溶液中加入0.15-0.25g介孔二氧化硅纳米粒子。8.一种ph敏感的柚皮苷-介孔二氧化硅-壳聚糖镁合金复合涂层的制备方法，其特征在于：该制备方法包括如下步骤：
s1：制备介孔二氧化硅纳米粒子s11：取十六烷基三甲基溴化铵和聚乙烯吡咯烷酮溶于去离子水中，加入浓氨水，在室温下持续搅拌25-40min之后加入正硅酸乙酯，继续搅拌至反应结束，将所得溶液抽滤、洗涤、干燥后得到白固体；s12：取白固体，使用研钵进行研磨10-30min，将粉碎后的粉末放入马弗炉中进行煅烧，煅烧升温过程在30-40min,煅烧温度设置为450-600℃。煅烧8-10h即得到介孔二氧化硅纳米粒子；s2：制备包载柚皮苷的介孔二氧化硅纳米粒子将经过100-200℃活化后的介孔二氧化硅纳米粒子和柚皮苷进行固相混合，在黑暗环境中20-30℃下搅拌10-30min，混合均匀后加入甲醇，进行10-20min超声处理，在20-30℃下搅拌3-5h后进行离心，离心后收集所有的洗涤液后过滤，过滤后产品在真空干燥即得到包载柚皮苷的介孔二氧化硅纳米粒子；s3：制备柚皮苷-介孔二氧化硅-壳聚糖配制壳聚糖/乙酸溶液，调节壳聚糖/乙酸溶液ph为6.0，取壳聚糖/乙酸溶液加入包载柚皮苷的介孔二氧化硅纳米粒子，室温下磁力搅拌34-40h，反应结束后，产物离心分离，去离子水洗涤、干燥后得到柚皮苷-介孔二氧化硅-壳聚糖；s4：覆盖柚皮苷-介孔二氧化硅-壳聚糖的镁合金涂层的制备以正向电流0.6，负向电流0.1，频率500hz，正向占空比40、负向占空比20，时间12min，将柚皮苷-介孔二氧化硅-壳聚糖采用浸渍提拉的方法覆盖到微弧氧化后的镁合金上即得柚皮苷-介孔二氧化硅-壳聚糖镁合金复合涂层。

技术总结

本发明创造提供了一种pH敏感的柚皮苷-介孔二氧化硅-壳聚糖镁合金涂层及其制备方法，所述柚皮苷-介孔二氧化硅-壳聚糖包括介孔二氧化硅纳米粒子、包载于介孔二氧化硅纳米粒子中的柚皮苷以及修饰于介孔二氧化硅纳米粒子表面的壳聚糖；所述涂层由柚皮苷-介孔二氧化硅-壳聚糖采用微弧氧化的方法覆盖到镁合金上后得到。本发明用柚皮苷这种天然物质可以增加骨形成和生物诱导，并且明显的促进了植入材料的骨整合性，从而为临床应用提供理论依据。从而为临床应用提供理论依据。从而为临床应用提供理论依据。