[發明專利]一種醫用鈦金屬材料的表面改性方法

有效

• 申請號: 201110106021.8
• 申請日: 2011-04-26
• 公開（公告）號: CN102191454A
• 公開（公告）日: 2011-09-21
• 發明（設計）人: 劉宣勇;李晉波
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海硅酸鹽研究所
• 主分類號: C23C12/00
• 分類號: C23C12/00;C23C14/48
• 代理公司: 上海海頌知識產權代理事務所(普通合伙) 31258
• 代理人: 何葆芳

技術領域

本發明涉及一種醫用鈦金屬材料的表面改性方法，具體說，是涉及一種采用Ag/N二元離子注入醫用鈦金屬材料的表面改性方法，屬于金屬材料表面改性技術領域。

背景技術

鈦及其合金因為具有良好的機械性能和生物相容性而被廣泛用作植入材料，在植入過程中有可能帶入周圍環境中的細菌，從而引發骨髓炎等術后感染。據報道，這種植入體引發的感染，發生率為1.6％-37.0％，不僅會延長傷口愈合時間，影響植入物的使用效果，嚴重時還可造成肢體傷殘，甚至截肢和危及生命。如何避免細菌在植入材料表面的粘附和繁殖，成為植入材料研究的熱點之一。

銀作為一種無機抗菌劑已經通過各種方法被負載在鈦及其合金表面用以加強其抗菌性能。載適量銀的鈦及其合金不僅具有良好的抗菌性能，而且對細胞的生長和繁殖沒有明顯副作用(Biomaterials?2006，27：5512-5517.)。然而，作為植入材料不僅需要良好的抗菌性能，還需兼具良好的機械性能和耐腐蝕性能。Wan等人對銀離子注入鈦進行了研究，發現銀注入鈦的抗菌能力增強同時，卻降低了鈦的耐腐能力(Vacuum?2007，81：1114-1118.)。如何在增強抗菌性能的同時，保持鈦良好的耐腐性能目前尚無報道。

氮化鈦是值得關注的生物醫用材料，因為它具有較好的機械性能，被廣泛用來對鈦及其合金表面進行改性以增強基體的機械性能和耐腐蝕性能。有報道表明，一定取向的氮化鈦還具有生物活性(Acta?Materialia?2004，52：1237-1245.)。因此利用N離子注入在鈦及其合金表面形成氮化鈦，有利于加強鈦基體的機械性能，以滿足植入材料所需的力學性能和耐腐蝕性能要求。

發明內容

本發明為了解決現有的醫用鈦金屬材料存在抗菌性、力學性能和耐腐蝕性不佳的問題，提供一種醫用鈦金屬材料的表面改性方法，以滿足醫用鈦金屬材料所需的抗菌性、力學性能和耐腐蝕性能的要求。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案如下：

一種醫用鈦金屬材料的表面改性方法，包括：將銀/氮二元離子注入醫用鈦金屬材料中。

作為優選方案，采用等離子體浸沒離子注入(PIII)技術在醫用鈦金屬材料表面注入銀/氮二元離子。

采用等離子體浸沒離子注入技術在醫用鈦金屬材料表面注入銀/氮二元離子時，優選純銀作為陰極。

采用等離子體浸沒離子注入技術在醫用鈦金屬材料表面注入銀/氮二元離子的工藝參數推薦為：本底真空度為3×10^-3～4×10^-3Pa，注入電壓為10～40kV，脈寬為50～450μs，氮氣流量為5～25sccm，頻率為5～9Hz，銀氮注入時間為0.5～3h。

采用等離子體浸沒離子注入技術在醫用鈦金屬材料表面注入銀/氮二元離子的工藝參數優選為：本底真空度為3.6×10^-3Pa，注入電壓為30kV，脈寬為450μs，氮氣流量為25sccm，頻率為7Hz，銀氮注入時間為1～2h。

采用等離子體浸沒離子注入技術在醫用鈦金屬材料表面注入銀/氮二元離子的順序為：先銀后氮(PIII-Ag-N)、先氮后銀(PIII-N-Ag)或銀氮共注(PIII-Ag+N)。

采用等離子體浸沒離子注入技術在醫用鈦金屬材料表面注入銀/氮二元離子的順序優選銀氮共注(PIII-Ag+N)方式。

上述的鈦金屬材料為純鈦或鈦合金。

經過本發明改性處理得到的鈦金屬材料表面分布著粒徑大小為10nm左右、以單質形態存在的銀納米粒子，而氮則是與鈦形成了氮化鈦相。銀納米粒子的存在顯著地改善了鈦金屬材料的抗菌性能，氮化鈦的存在顯著地改善了鈦金屬材料的耐腐能力和硬度。

因此，與現有技術相比，本發明具有如下有益效果：

經過本發明改性方法處理得到的鈦金屬材料，其硬度和耐腐性能都有不同程度的提高，并且具有很好的抗菌性。平板計數法結果證實，經過本發明改性方法處理得到的鈦金屬材料對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌均具有良好的抗菌能力，其抗菌率分別可達到100％和98.39％，能滿足醫用鈦金屬材料所需的抗菌性、力學性能和耐腐蝕性能的要求。

附圖說明

圖1是經實施例1改性處理得到的鈦金屬材料與純鈦表面的掃描電鏡形貌對照圖，圖中：a為純鈦，b為改性處理得到的鈦金屬材料。

圖2是經實施例1改性處理得到的鈦金屬材料表面銀的高分辨XPS譜圖。

圖3是經實施例1改性處理得到的鈦金屬材料表面氮的高分辨XPS譜圖。