[發(fā)明專利]一種在鈦合金表面制備Ag-Ti-O納米管抗菌薄膜的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210559876.0
• 申請(qǐng)日: 2012-12-21
• 公開（公告）號(hào): CN103046056A
• 公開（公告）日: 2013-04-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 杭瑞強(qiáng);高昂;黃曉波;唐賓
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 太原理工大學(xué)
• 主分類號(hào): C23F17/00
• 分類號(hào): C23F17/00;C23C14/16;C23C14/35;C25D11/26;A61L27/30;A61L27/06
• 代理公司: 太原市科瑞達(dá)專利代理有限公司 14101
• 代理人: 王思俊

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于納米管薄膜材料制備領(lǐng)域，涉及一種在鈦合金表面制備長期抗菌能力和優(yōu)良生物相容性的Ag-Ti-O納米管薄膜的方法。

背景技術(shù)

鈦合金憑借其優(yōu)異的機(jī)械性能和生物相容性已廣泛用作植入材料，如人工關(guān)節(jié)、牙種植體、牙齒矯正絲等。然而，伴隨鈦合金的術(shù)后感染發(fā)病率較高，對(duì)患者的康復(fù)造成了極大危害，如增加醫(yī)療費(fèi)用、延長康復(fù)時(shí)間、并導(dǎo)致各種并發(fā)癥甚至死亡。

為了解決上述問題，目前國內(nèi)外常用的方法是對(duì)鈦合金進(jìn)行表面改性處理，常用的方法有：（1）離子注入法，（2）抗菌藥物負(fù)載法等。采用離子注入法是在材料表面摻雜一些具有抗菌性能的元素，如Ag，Cu，Zn等，可以顯著增強(qiáng)材料的抗菌性能，減小感染的發(fā)生概率，但是，這種工藝反應(yīng)層厚度有限，最多只有200nm，摻雜元素的劑量非常有限，在生物體內(nèi)析出的有效抗菌劑量遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足殺滅全部細(xì)菌，不具有長效殺菌效果的要求，而且離子注入法設(shè)備價(jià)格昂貴，工藝成本很高；抗菌藥物負(fù)載法一般是通過浸漬法、冷凍干燥法及光致還原法等，它是在材料表面負(fù)載慶大霉素等具有抗菌效果的藥物來達(dá)到抗菌目的。這種工藝方法能夠獲得比離子注入法更強(qiáng)的抗菌效果，但是負(fù)載的抗菌藥物都是物理吸附在材料表面，在植入生物體內(nèi)后短期內(nèi)完全能夠滿足抗菌要求，但是隨著植入時(shí)間的延長，其析出的劑量下降迅速，使長效抗菌效果不佳，且會(huì)使細(xì)菌產(chǎn)生耐藥性。

重金屬是一種重要的無機(jī)抗菌劑，它能使蛋白質(zhì)沉淀，產(chǎn)生抗代謝作用，使代謝物變?yōu)闊o效的化合物，從而抑制微生物的生長或者導(dǎo)致其死亡。由于一些具有抗菌能力的金屬元素同時(shí)具有毒性，如Hg，Cd等元素，故實(shí)際上用作殺菌劑的金屬元素有Ag、Cu和Zn等元素，其中Ag的殺菌性最強(qiáng)，且人體中適量的Ag不但能殺死對(duì)人體有害的細(xì)菌，還能幫助修復(fù)和重建對(duì)生命至關(guān)重要的人體組織。

發(fā)明內(nèi)容

基于上述各種表面改性方法的不足，本發(fā)明目的是，提供一種在鈦合金表面制備Ag-Ti-O納米管抗菌薄膜的方法，有望從根本上解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺點(diǎn)。

本發(fā)明目的是這樣實(shí)現(xiàn)的，其特征在于實(shí)施步驟如下：

(1)鈦合金試件預(yù)處理：將鈦合金試件進(jìn)行機(jī)械研磨、拋光，然后順序浸入丙酮、酒精和蒸餾水中進(jìn)行超聲波清洗；

(2)將預(yù)處理好的鈦合金試件10放入如圖1所示的脈沖直流磁控濺射鍍膜設(shè)備的真空室1內(nèi)可旋轉(zhuǎn)的樣品臺(tái)8上，將永磁體2安放在真空室1的外表面上，將作為薄膜中Ti和Ag來源的平面TiAg合金靶3安裝在永磁體2的背面的真空室1內(nèi)，調(diào)整TiAg合金靶3與試件10之間的距離為75-95cm；

(3)先用抽真空裝置5將真空室1的氣壓通過出氣管孔4抽至5.0×10^-3Pa，然后通過進(jìn)氣管孔9通入流量為60sccm的氬氣到真空室1內(nèi)，當(dāng)真空室1氣壓穩(wěn)定在4.8-5.2Pa時(shí)，打開偏壓電源7并將偏壓緩慢加至-800～-900V對(duì)真空室1和試件10表面進(jìn)行濺射清洗，清洗時(shí)間為15-30min。

(4)清洗完成后，打開抽真空裝置5并通過出氣管孔4抽出殘氣，然后通過進(jìn)氣孔9調(diào)節(jié)氬氣流量至80sccm，使真空室1氣壓保持在8.0-8.5×10^-1Pa，開啟TiAg合金靶濺射電源6并將電壓緩慢加至350-380V，調(diào)節(jié)電流至0.8-1.2A，然后開啟偏壓電源7并調(diào)整偏壓至80-120V，在試件10表面鍍Ti-Ag復(fù)合膜層，鍍膜時(shí)間為4h；

(5)將含2.5-3.5wt%NH₄F、1-1.5vol%H₂O的乙二醇電解液15放入到如圖2所示的陽極氧化設(shè)備的電解池12內(nèi)，將輔助電極11和經(jīng)過鍍膜處理的試件10固定在支架13的下端浸入到電解液以內(nèi)，然后打開直流電源14對(duì)經(jīng)過鍍膜處理的試件10進(jìn)行陽極氧化處理，來制備Ag-Ti-O納米管抗菌薄膜，氧化電壓為25-35V，氧化時(shí)間為3-5h。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)及積極效果是：

（1）采用本發(fā)明制備的Ag-Ti-O納米管抗菌薄膜，在第一周內(nèi)抗菌薄膜的殺菌率保持在100%，隨后雖稍有下降但都保持在90%以上，證明抗菌薄膜具有強(qiáng)力的長效抗菌能力。

（2）生物學(xué)實(shí)驗(yàn)表明該方法制備的Ag-Ti-O納米管薄膜具有極低的細(xì)胞毒性，與傳統(tǒng)的鈦合金相比，可以促進(jìn)成骨細(xì)胞的增殖及堿性磷酸酶的活性，加速新骨的生成。因此，此種方法制備的Ag-Ti-O納米管抗菌薄膜可顯著改善鈦合金的抗菌能力和生物學(xué)性能，具有良好的應(yīng)用前景。

附圖說明

圖1為本發(fā)明使用的脈沖直流磁控濺射設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖；