[發明專利]鈦基表面抗菌與骨組織再生誘導性功能涂層及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201510083063.2
• 申請日: 2015-02-15
• 公開（公告）號: CN104645414B
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發明（設計）人: 周建宏;馮愛玲;段旭朝;張亞妮;王參軍;張建偉
• 申請（專利權）人: 周建宏
• 主分類號: A61L27/32
• 分類號: A61L27/32;A61L27/54;A61L27/06;A61L27/56;C25D11/26
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司61200
• 代理人: 陸萬壽

技術領域

本發明屬于醫用金屬材料表面改性技術領域，涉及一種鈦基表面抗菌與骨組織再生誘導性功能涂層及其制備方法和應用。

背景技術

鈦及其合金具有耐蝕性好、化學穩定性強、生物相容性優異等優點，廣泛應用于骨科、矯形外科和口腔科等領域。但鈦及其合金屬于生物惰性材料，植入體后不能與宿主骨形成化學結合，也沒有促進新骨形成的能力，嚴重影響了植入效果；此外，由于鈦及其合金不具備抗菌功能，術后容易引起細菌感染，從而導致植入失敗。針對上述兩點，需對鈦金屬進行表面生物活化改性，使其具備抗菌與骨組織再生誘導性功能。

羥基磷灰石(HA)化學成分與人體骨組織及牙齒硬組織的無機成分相似，具備良好的生物活性，在材料表面生物活化改性方面倍受青睞。HA的形態對其生物活性有較大影響。眾所周知，骨基質主要由膠原纖維和生長于其周圍的HA構成，成納米纖維形態，細胞對此結構組態有著獨特的成骨效應。即使是生物惰性材料，細胞在植入材料表面的納米纖維網絡基面上的附著能力不僅遠強于同質致密基面，也強于膠原致密基面；相比于微米形態，納米形態表面更有利于細胞的黏附和生長。另一方面，Sr²⁺，F^-作為人體必需微量元素，可以增強骨細胞成骨功能，提高種植體與骨組織的融合能力。此外，氟離子取代羥基磷灰石中的羥基后形成含氟磷灰石，使磷灰石的結構更為穩定；而且F^-具有殺菌作用，能減少細菌的黏附和生長，作為口腔材料時還能起到預防齲齒的作用。人骨形態發生蛋白2(rhBMP-2)隸屬于轉錄生長因子β(TGF-β)超家族，具有促進成骨細胞分化、誘導骨組織再生的能力，目前已廣泛應用于骨組織工程研究領域。

現有的等離子噴涂、磁控濺射、溶膠-凝膠法等技術可在致密金屬基體表面獲得含鍶氟羥基磷灰石，但得到的含鍶氟羥基磷灰石涂層與基體的結合強度較低、在種植過程中易剝落；涂層物相不純，存在雜相；而且其不呈納米纖維形態。

發明內容

本發明的目的在于提供一種鈦基表面抗菌與骨組織再生誘導性功能涂層及其制備方法和應用，該涂層具有高的結合強度和結構穩定性能，同時具有良好的生物活性、成骨功能、及抗菌性能。

為達到上述目的，本發明采用的技術方案為：

一種鈦基表面抗菌與骨組織再生誘導性功能涂層的制備方法，包括以下步驟：

1)配制電解液：

將鈣源、鍶源和磷源溶于水中，混合均勻，配制成電解液；電解液中鈣離子的濃度為0.1～0.4mol/L，鍶離子的濃度為0.05～0.2mol/L，磷酸根離子的濃度為0.02～0.06mol/L；

2)微弧氧化：

以鈦或鈦合金為陽極、不銹鋼為陰極，將鈦或鈦合金以及不銹鋼置于步驟1)配制的電解液中，對鈦或鈦合金進行微弧氧化處理，即在鈦或鈦合金表面得到含鈣、磷和鍶的多孔TiO₂涂層；

3)含鈣、磷和鍶的多孔TiO₂涂層的水熱處理：

將含氟溶液注入水熱反應釜中，將含鈣、磷和鍶的多孔TiO₂涂層懸掛在含氟溶液上方，在110～180℃下水熱處理20～26h，得到TiO₂/納米纖維狀含鍶氟羥基磷灰石(SrF-HA)雙層結構涂層；其中含氟溶液中氟離子的濃度為0.005～0.04mol/L；

4)人骨形態發生蛋白-2(rhBMP-2)的負載：

將TiO₂/納米纖維狀含鍶氟羥基磷灰石雙層結構涂層在濃度為0.05～6mg/mL的人骨形態發生蛋白-2溶液中浸潤0.5～3h，然后真空干燥，即得到鈦基表面抗菌與骨組織再生誘導性功能涂層。

所述鈣源為(CH₃COO)₂Ca、鍶源為(CH₃COO)₂Sr、磷源為β-C₃H₇Na₂O₆P(β-GP)、含氟溶液為NH₄F溶液。

在對鈦或鈦合金進行微弧氧化處理前先對其進行預處理，預處理包括拋光和清洗。

所述步驟2)在進行微弧氧化處理時，采用直流脈沖電源，正電壓為360～450V、負電壓為50～100V、頻率為100～3000Hz、占空比為15～50％、鈦或鈦合金與不銹鋼的間距為8～10cm，電解液的溫度為5～40℃，微弧氧化處理的時間為5～20min。

所述步驟3)的水熱反應釜中含氟溶液的填充度為10～40％。