一种用于调控成骨免疫微环境的组件及其制备方法、应用

本发明属于生物医用材料，具体涉及一种用于调控成骨免疫微环境的组件及其制备方法、应用。

背景技术：

1、免疫微环境失衡是导致钛种植体-骨结合失败的重要原因。种植体-骨结合的自然进程中，成骨免疫微环境经历了由开始的炎症反应期转变为组织再生期的过程。具体的，骨结合开始于种植体表面血凝块的形成，历经巨噬细胞的免疫响应、内皮细胞的血管新生和成骨细胞的新骨生成。当种植体接触体液后，体液中的巨噬细胞首先到达局部将其识别后，聚集增生和趋化其他免疫细胞，分泌大量的细胞因子，因此巨噬细胞在种植体植入机体的后续愈合过程中发挥着核心作用。巨噬细胞的分型根据其功能通常分为m1型或m2型。m1巨噬细胞又称为“经典活化型”促炎巨噬细胞，促进局部炎症的加剧，而m2型巨噬细胞能够分泌大量的抗炎细胞因子，抑制局部炎症反应，并诱导细胞外基质沉积和新骨形成的作用，从而促进骨整合性能。从正常的骨整合过程来看，m1型和m2型巨噬细胞介导的先促炎反应后抑制炎症的生物学过程是骨整合必须的。

2、目前，已有一些方案设计了种植体模仿正常愈合过程来顺序递送促炎和抑炎相关因子/药物，从而试图实现调控巨噬细胞介导的骨组织整合过程，但是，仅依靠材料本身的物理层级结构或其他缓释效果所带来的调控性能具有极大的局限性，不同植入部位、个体免疫差异和外界环境因素等均为不可控的影响因素，如何准确的在促炎-抑炎转折点给予精准调控仍是目前亟待解决的问题。

技术实现思路

1、针对上述技术问题，本发明受电流对细胞相关炎症有刺激作用的启发，通过外部磁场对种植体施加影响，实现精准的程序性调控免疫微环境，进而优化钛种植体-骨结合，具体的，制备了具有纳米管表面改性结构并通过变化的磁场在种植体表面非接触产生可控电刺激，该电刺激成功影响了巨噬细胞的极化，有效促进了成骨。

2、具体的，本发明的方案如下：

3、一种用于调控成骨免疫微环境的组件，包括钛种植体、二氧化钛纳米管和磁力组件，所述钛种植体表面阵列二氧化钛纳米管，形成btts，所述btts与所述磁力组件之间形成可控电磁感应。

4、进一步的，所述磁力组件包括但不限于任意一种可产生磁场的实体，优选的所述磁力组件为磁铁，更优选的，所述磁力组件为条状磁铁。

5、进一步的，所述二氧化钛纳米管的直径为60~120nm。

6、所述可控电磁感应指：磁力组件旋转，使btts切割磁感线，实现控制所述btts表面感应电流的大小，即所述可控电磁感应通过调节磁力组件旋转速度进而实现可控。

7、优选的，所述磁力组件的旋转速度为200~300rpm。

8、本发明还提供上述一种用于调控成骨免疫微环境的组件的制备方法，包括如下步骤：

9、s1：电解质溶液中，对钛金属进行阳极氧化，冲洗风干，得到tnts；

10、s2：ar/h2气氛中还原处理tnts，冷却，得到btts。

11、s3：设置磁力组件，使磁场方向垂直于btts横截面，磁力组件同btts电磁感应。

12、需要说明的是：tnts的微观结构表现为阵列有银白色二氧化钛纳米管的钛金属，btts的微观结构表现为阵列有黑色二氧化钛纳米管的钛金属，在本发明中，二氧化钛纳米管在钛金属表面阵列也指二氧化钛纳米管为钛金属的表面涂层。

13、所述电解质溶液为含有hf的磷酸盐缓冲液。。

14、所述阳极氧化的步骤包括：以铂丝为阴极，钛片为阳极，接入20v恒定电流，将二氧化钛纳米管形成的阵列叠置在钛片表面。

15、进一步的，s2中，在550℃的ar/h2气氛中还原处理tnts 60min，然后自然冷却至23±2℃，得到btts。

16、所述铂丝与所述钛片的间距为40mm。

17、本发明提供一种用于调控成骨免疫微环境的组件在制备成骨免疫调节材料中的应用，所述应用包括磁力组件旋转，使btts切割磁感线，btts表面产生电流，进而影响巨噬细胞的极化。

18、进一步的，所述磁力组件在静息状态下btts本身可诱导巨噬细胞m2向极化，而在磁力组件转磁情况下诱导巨噬细胞m1向极化，实现免疫调节功能。

19、本发明的有益效果在于：

20、1.本发明制备了具有纳米管表面改性结构，并通过变化的磁场在钛种植体表面非接触产生可控电刺激，可有效实现程序性调控免疫微环境，精准控制促炎-抑炎转变，进而优化的钛种植体-骨结合。

21、2.本发明的btts制备简单，且具备良好生物相容性，表面黑色二氧化钛纳米管涂层及本发明所限定的有效电流对细胞活性均无影响。

技术特征：

1.一种用于调控成骨免疫微环境的组件，其特征在于，包括钛种植体、二氧化钛纳米管和磁力组件，所述钛种植体表面阵列二氧化钛纳米管，形成btts，所述btts与所述磁力组件之间形成可控电磁感应。

2.如权利要求1所述的一种用于调控成骨免疫微环境的组件，其特征在于，所述二氧化钛纳米管的直径为60~120nm。

3.如权利要求1或2所述的一种用于调控成骨免疫微环境的组件，其特征在于，所述可控电磁感应指：磁力组件旋转，使btts切割磁感线，实现控制所述btts表面电流大小。

4.如权利要求3所述的一种用于调控成骨免疫微环境的组件，其特征在于，所述磁力组件的旋转速度为200~300rpm。

5.权利要求1或2所述的一种用于调控成骨免疫微环境的组件的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

6.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述电解质溶液为含有hf的磷酸盐缓冲液。

7.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述阳极氧化的步骤包括：以铂丝为阴极，钛片为阳极，接入20v恒定电流，将二氧化钛纳米管形成的阵列叠置在钛片表面。

8.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，s2中，在550℃的ar/h2气氛中还原处理tnts 60min，然后自然冷却至23±2℃，得到btts。

9.如权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述铂丝与所述钛片的间距为40mm。

10.权利要求1所述的一种用于调控成骨免疫微环境的组件在制备成骨免疫调节材料中的应用。

技术总结本发明属于生物医用材料技术领域，具体涉及一种用于调控成骨免疫微环境的组件及其制备方法、应用。所述组件包括钛种植体、黑色二氧化钛纳米管涂层和磁力组件，所述钛种植体表面阵列二氧化钛纳米管涂层，形成BTTs，所述BTTs与所述磁力组件之间形成可控电磁感应。本发明通过外部磁场对钛种植体施加影响，植入骨缺损部位的BTTs可实现在早期调控产生电流，从而诱导巨噬细胞M1极化，诱导干细胞募集。在无磁场干预下，BTTs的纳米管阵列诱导巨噬细胞M2极化，促进干细胞成骨分化，从而实现了体外非接触的方式程序性调控免疫微环境。技术研发人员：刘超,郑裕博,刘宏,崔来森,桑锡光受保护的技术使用者：山东大学齐鲁医院技术研发日：技术公布日：2024/6/11