[發(fā)明專利]醫(yī)用鈦基金屬表面載銅微孔納米抗菌生物涂層的制備方法

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• 申請日: 2016-02-17
• 公開（公告）號: CN105648498A
• 公開（公告）日: 2016-06-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 趙全明;王坤正;黨曉謙
• 申請（專利權(quán)）人: 趙全明
• 主分類號: C25D11/26
• 分類號: C25D11/26;A61L27/30;A61L27/54;A61L27/56
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所屬技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及醫(yī)用鈦基金屬表面載銅微孔納米抗菌生物涂層的制備方法，該生物活性陶瓷膜不但具有優(yōu)良的力學性能，而且使得醫(yī)用鈦基金屬具有抗菌生物涂層，特別適用于骨組織修復(fù)或替換材料的表面改性。

背景技術(shù)

隨著經(jīng)濟社會的快速發(fā)展，由創(chuàng)傷、感染或腫瘤等引起的硬組織損傷日益增多，同時人民生活水平的提高，人們對硬組織修復(fù)和替代材料的要求越來越高，這些因素迫使研究人員尋求外觀和性能更優(yōu)越的生物材料。

感染是生物材料在體內(nèi)植入失敗主要原因，也是困擾臨床外科醫(yī)生的最大難題，這其中既與手術(shù)中的操作不當有關(guān)，也與植入材料部位局部環(huán)境發(fā)生變化，影響微生物的生長，增加了細菌感染的可能性，因此，如果生物材料本身具有了抗菌生物涂層，不但可以減少種植體炎癥發(fā)生，提高植入材料的生物活性，縮短骨愈合時間，進術(shù)后組織愈合，提高手術(shù)的成功率，減輕病人在精神和物質(zhì)上的負擔，而且有效地克服了抗生素的大量使用引起的一系列問題。

銅是最早被應(yīng)用的無機類長效抗菌生物涂層材料之一，因具有較好的環(huán)境協(xié)調(diào)性和抗菌生物涂層持久性而獲得廣泛應(yīng)用。含銅抗菌生物涂層材料主要是指將銅離子負載到載體上而制備出抗菌生物涂層材料，近年來，有關(guān)銅抗菌生物涂層性能的研究逐漸引起關(guān)注。

傳統(tǒng)硬組織替代和內(nèi)固定材料如不銹鋼等金屬材料耐磨性以及生物相容性差，易老化，而且彈性模量大，易產(chǎn)生“應(yīng)力遮擋”，導(dǎo)致骨質(zhì)疏松和骨折延遲愈合，限制了其臨床應(yīng)用；而聚乳酸等高分子材料由于機械強度和耐磨損性能較差，很難承受較大的負重；陶瓷材料如碳化硅陶瓷雖然有著優(yōu)良的耐磨性能，但是本身的力學性能太差，很容易發(fā)生碎裂。鈦及鈦基金屬是目前臨床上應(yīng)用最廣泛的植入材料之一，其相對密度小，機械強度高、耐腐蝕且抗疲勞性能好，但是鈦及其合金材料為“生物惰性”材料，生物活性差、缺乏骨誘導(dǎo)作用、與周圍組織不存在強有力的化學性結(jié)合是種植領(lǐng)域一直未能解決的難題之一，在植入人體內(nèi)也帶來了許多問題，如骨折延遲愈合、人工關(guān)節(jié)松動等。

鑒于傳統(tǒng)生物材料表面處理技術(shù)如等離子噴涂和電化學沉積等存在涂層與基體的結(jié)合強度低、涂層均勻性和穩(wěn)定性較難控制等問題，而微弧氧化技術(shù)具有高效環(huán)保、操作方便、涂層和基體結(jié)合強度高、可在涂層表面通過高溫燒結(jié)和放電擊穿作用形成含有所需功能元素的多孔陶瓷涂層材料等優(yōu)點，因此本發(fā)明主要采用微弧氧化技術(shù)來處理鈦基金屬，有效提高涂層和基體的結(jié)合強度，同時獲得具有高效抗菌生物涂層性能的生物陶瓷膜。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有鈦基金屬表面微弧氧化制備載銅微孔納米抗菌生物涂層的方法中需對鈦基金屬進行預(yù)處理，工藝復(fù)雜、成本高，以及得到的涂層與基體結(jié)合強度低的問題。本發(fā)明提供了一種在醫(yī)用鈦基金屬表面制備載銅微孔納米抗菌生物涂層的方法。

本發(fā)明在醫(yī)用鈦基金屬表面制備載銅微孔納米抗菌生物涂層的方法是通過以下步驟實現(xiàn)的：一、對醫(yī)用鈦基金屬依次進行去氧化膜，除油處理；二、配制電解液：0.5-2g/L的葡萄糖酸銅、2-8g/L的氫氧化鈉，3-10g/L的六偏磷酸鈉，1-3g/L檸檬酸鈉，溶劑為去離子水；三、以步驟一處理后的醫(yī)用鈦基金屬為陽極，用夾具固定浸入步驟二配置的電解液中，不銹鋼電解液槽為陰極，采用脈沖電源，設(shè)置電參數(shù)為：脈沖電壓200-500V、脈沖頻率100-600Hz、占空比為10-30%，進行微弧氧化5-30min，即在鈦基金屬表面制備得載銅微孔納米抗菌生物涂層。

本發(fā)明步驟二的電解液中六偏磷酸鈉還可以用磷酸鈉代替，多聚磷酸鈉的質(zhì)量濃度為2-10g/L。

步驟二的電解液中六偏磷酸鈉還可以用多聚磷酸鈉代替，磷酸鈉的質(zhì)量濃度為5-12g/L。

本發(fā)明采用恒電流模式進行微弧氧化，電壓變化范圍為200-500V。

本發(fā)明工藝流程簡單，通過選取合適的電解液成分及相應(yīng)濃度、控制微弧氧化相關(guān)參數(shù)，即可在醫(yī)用鈦基金屬表面實現(xiàn)了載銅微孔納米抗菌生物涂層的制備，該涂層與基底之間是一種冶金結(jié)合，具有較強的結(jié)合力，本發(fā)明不僅提高了醫(yī)用鈦基金屬的耐腐蝕性和生物相容性，更重要的是使醫(yī)用鈦基金屬具備了抗菌生物涂層生物活性，促進了醫(yī)用鈦基金屬植入材料與骨組織的結(jié)合，此涂層與基體具有較高的結(jié)合強度，擴大了醫(yī)用鈦基金屬的應(yīng)用范圍。

附圖說明

圖1是具體實施方式一中在鈦基金屬表面制備得到的載銅微孔納米抗菌生物涂層的SEM圖片。

具體實施方式

本發(fā)明技術(shù)方案不局限于以下所列舉具體實施方式，還包括各具體實施方式間的任意組合。