[發(fā)明專利]一種鎂基組織工程材料抗菌涂層及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710349726.X
• 申請日: 2017-05-17
• 公開（公告）號: CN108939155B
• 公開（公告）日: 2021-09-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 裴佳;張磊;袁廣銀
• 申請（專利權(quán)）人: 上海交通大學(xué)
• 主分類號: A61L27/32
• 分類號: A61L27/32;A61L27/04;A61L27/30;A61L27/54;A61L27/56;A61L27/58
• 代理公司: 上海漢聲知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31236
• 代理人: 郭國中

本發(fā)明公開了一種鎂基組織工程材料抗菌涂層及其制備方法。所述涂層由里至外包括設(shè)于所述多孔鎂及鎂合金材料表層的生物活性鈣磷涂層和納米金屬化合物抗菌涂層；制備時，將多孔鎂基材料置于含磷酸鈣鹽溶液浸泡，化學(xué)沉積生物活性鈣磷涂層；然后將沉積鈣磷層后的多孔鎂基材料置于金屬化合物溶液恒溫動態(tài)浸泡反應(yīng)，在外層鈣磷層表面制備載上述納米金屬化合物抗菌涂層，即得。本發(fā)明制備的涂層既顯著降低了基體多孔鎂及鎂合金的腐蝕速率，還提高了基體的表面生物活性，可促進成骨及成血管，并具有高效廣譜抗菌功效。操作工藝簡便、易行，制備的涂層與基體結(jié)合力強，所載納米金屬化合物在表面密度、粒徑可調(diào)控。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種鎂基組織工程材料抗菌涂層及其制備方法，屬于生物醫(yī)用材料制備技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

在骨科內(nèi)植入物領(lǐng)域，鎂及鎂合金因其獨特的生物可降解性、生物相容性及與人骨相似的楊氏模量，有希望替代傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)中的不銹鋼、鈦及鈦合金等骨科內(nèi)植入材料，被認(rèn)為是骨科領(lǐng)域內(nèi)“革命性的醫(yī)用植入材料”。具有三維貫通開孔結(jié)構(gòu)的多孔鎂及鎂合金材料，在植入部位不僅起到組織填充的作用，還可以促進血管及周圍組織的長入，在完成對植入部位的修復(fù)或整形的過程中被逐漸降解吸收，達(dá)到自體修復(fù)的效果。然而，多孔鎂及鎂合金材料作為骨科內(nèi)植入物填充材料存在降解過快，生物相容性有待進一步提高等問題，且在植入后常出現(xiàn)細(xì)菌感染，在植入物表層形成細(xì)菌膜，影響骨組織的正常生長，甚至導(dǎo)致植入失效，限制了其進一步的臨床應(yīng)用，因此有必要對多孔鎂及鎂合金材料進行表面改性，一方面提高多孔鎂及鎂合金材料的耐蝕性和生物相容性，另一方面抑制細(xì)菌在材料表面的粘附和增殖，以滿足其臨床應(yīng)用。

在多孔鎂及鎂合金材料表面構(gòu)筑生物活性鈣磷涂層，不僅能提高植入物的生物相容性，對骨組織在鎂合金材料表面沉積有積極的誘導(dǎo)作用，促進骨的生長，而且可以延緩基體在體液中的降解速率，是鎂合金骨內(nèi)植入材料表面改性的一個重要方向。盡管生物活性鈣磷涂層提高了多孔鎂及鎂合金耐蝕性和生物相容性，但是也有利于細(xì)菌的粘附和增殖，有必要在生物活性鈣磷涂層表面制備一層具有抗菌性能的涂層，以預(yù)防細(xì)菌感染。

目前常見采用的抗菌涂層主要有四種：抗生素涂層、NO釋放涂層、二氧化鈦釋放涂層和活性金屬釋放涂層。對于涂覆生物活性鈣磷涂層的多孔鎂及鎂合金來說，抗生素涂層易產(chǎn)生抗藥性，NO釋放涂層不易實現(xiàn)，二氧化鈦涂層僅在陽光下起作用，因此，活性金屬釋放涂層是最佳的選擇。在活性金屬釋放涂層中，銀釋放涂層具有廣譜抗菌性、抗病毒、抗炎癥反應(yīng)、低毒性、長效釋放、無抗藥性和低成本等優(yōu)勢；鋅釋放涂層不僅具有優(yōu)異的抗菌性能，還能促進成骨；銅釋放涂層也具有良好的抗菌效果和生物相容性。因此，將抗菌性的金屬與多孔鎂及鎂合金生物活性鈣磷涂層材料復(fù)合，可以得到抗菌性的骨組織工程支架，達(dá)到預(yù)防感染的目的。雖然諸如銀、銅或鋅等金屬化合物的抗菌性能優(yōu)異，但是過量的金屬離子釋放對成骨細(xì)胞存在毒性，會阻礙骨的生長，因此，開發(fā)一種針對多孔鎂及鎂合金抗菌促成骨性能的新型制備方法，優(yōu)化多孔鎂及鎂合金抗菌生物活性涂層表面金屬化合物含量，對于多孔鎂及鎂合金組織工程支架的臨床應(yīng)用有著重要的意義。目前鎂及鎂合金表面載活性金屬抗菌涂層相關(guān)專利很少。專利公布號CN101899700A采用超聲-微弧氧化復(fù)合技術(shù)在鈦或鎂合金表面制備載銀抗菌涂層。但是受制于微弧氧化工藝特點，基體材料形狀受限。同時，鎂合金表面微弧氧化陶瓷膜厚度較薄，且表面存在大量的微孔、裂紋，直接影響了膜層對鎂基體腐蝕降解的保護性能。而本發(fā)明專利采用化學(xué)溶液沉積方法制備的鈣磷鹽層具有致密的膜層結(jié)構(gòu)，有效抑制基體鎂降解，同時表面微米尺度粗糙度的板狀鈣磷鹽晶體形貌對促成骨有益。此外，專利公布號CN 103436874A公開了一種采用高溫下銀化合物熱分解后銀單質(zhì)氣相沉積技術(shù)在鎂合金表面制備亞微米抗菌銀顆粒，但存在主要問題和局限在于：(1)銀顆粒直接與鎂合金基體接觸，由于鎂和銀電極電位差相差較大，易發(fā)生電偶腐蝕，加速鎂基體降解甚至產(chǎn)生局部點蝕，會縮短植入物服役時間，同時由于鎂降解產(chǎn)物(鎂離子、氫氧根離子和氫氣)的迅速大量生成還會影響生物相容性。(2)制備需要150～300℃高溫條件，同時硝酸銀化合物高溫下分解會產(chǎn)生有毒氣體氮氧化物。(3)受氣相沉積制備方法限制，較適用于簡單平整表面的銀顆粒沉積，不適合應(yīng)用于多孔的復(fù)雜結(jié)構(gòu)鎂基體。

發(fā)明內(nèi)容