[發明專利]一種鎂及鎂合金表面制備抗菌涂層的方法

在審

• 申請號: 202111563708.4
• 申請日: 2021-12-20
• 公開（公告）號: CN114369808A
• 公開（公告）日: 2022-04-19
• 發明（設計）人: 劉辰;陳小虎;韓俊剛;曹召勛;趙樞明;付玉;王蔭洋;邵志文;徐永東;朱秀榮
• 申請（專利權）人: 中國兵器科學研究院寧波分院
• 主分類號: C23C14/48
• 分類號: C23C14/48;C23C14/16;C23C14/54;A61L27/04;A61L27/30;A61L27/54
• 代理公司: 寧波誠源專利事務所有限公司 33102
• 代理人: 袁忠衛;周銀銀

本發明公開了一種鎂及鎂合金表面制備抗菌涂層的方法，其特征在于，包括以下制備步驟：將銅靶安裝在雙層輝光等離子滲鍍設備的靶位，將鎂/鎂合金基體固定于雙層輝光等離子滲鍍設備的試樣臺上，銅靶相對于鎂/鎂合金基體平行設置，然后進行滲鍍得到滲鍍層；具體滲鍍參數控制為：銅靶的源極電壓為600～700V，鎂/鎂合金基體的工作電壓為400～450V，銅靶與鎂/鎂合金基體之間的間距為8～15mm，氬氣氣壓為20～45Pa，滲鍍時間為3～5h。本發明滲鍍層利用各層Cu離子濃度不同，實現Cu離子的梯度釋放，針對術后感染程度較強的早期感染先進行高濃度Cu離子釋放，進行強抗菌治療；針對感染程度不斷減弱的遲發型感染進行濃度不斷降低的Cu離子釋放，進行弱抗菌治療，使得Cu離子的釋放與抗菌功能實現動態匹配。

技術領域

本發明屬于金屬材料表面涂層技術領域，具體涉及一種鎂及鎂合金表面制備抗菌涂層的方法。

背景技術

骨科術后感染是骨科手術中最嚴重和復雜的并發癥之一，對患者的創口愈合甚至生命造成極大威脅，一直受到臨床醫生及相關醫護人員的高度重視。其中，由于骨科內植入材料在植入過程中造成病原菌侵入骨組織導致感染的發生是造成骨科術后感染的主要原因之一。骨科人工植入手術的感染分成早期感染和遲發性感染。早期感染主要是手術切口在暴露手術視野的同時，切割、牽拉、分離、植入等操作導致外部細菌侵入切口，造成術后感染風險增高，一般從手術結束開始，一直延續到術后一個月左右，此時感染風險最大，感染程度較強。而遲發性感染，則是由于病患術后個人體質下降造成，一般在術后2-3個月出現，此時感染程度較弱。

目前臨床上為了避免骨科手術感染的發生，主要采取術前預防和術后治療兩種方法。術前預防感染的方法主要包括保持手術過程中周圍環境清潔、對手術器具和植入物進行嚴格消毒以及縮短手術時間等，而術后治療主要是采用抗生素療法和清創術等外科手術。但是，這些常規療法效率不高，術前預防無法完全避免細菌的侵入，而術后治療會給患者帶來痛苦，細菌還會對抗生素產生耐藥性，使細菌對抗生素不敏感，清創手術也無法對細菌進行徹底清除。因此，避免感染的理想方法是通過對植入物材料進行優化設計，使其自身具有抗細菌感染能力，并且能夠在植入周期的不同階段，針對感染程度的不同對細菌起到動態殺滅作用，無需后續術后抗感染治療。

鎂合金以其良好的生物相容性、與骨組織匹配的力學性能以及可以在人體內降解吸收等特點，成為一類極具臨床應用前景的新型生物可降解(吸收)骨植入材料。盡管鎂合金作為生物材料在骨科植入領域具有良好的應用前景，但在降解過程中同樣容易引發感染。因此希望在可降解鎂合金作為骨科植入材料進行功能化設計時，將抗菌功能作為考慮因素之一，期待鎂合金具有抵抗細菌感染的能力，能夠對骨科常見細菌起到殺滅作用，避免骨科術后感染的發生，為鎂合金植入物后續發揮成骨和成血管化功能提供良好的作用環境。研究表明，鎂合金在體液中降解產生的高堿性環境能夠破壞細菌的生存條件，抑制細菌生長繁殖，從而起到殺滅細菌的作用。然而，在復雜的人體內環境中，體液緩沖作用會削弱鎂合金降解產生的堿性環境，導致單獨依靠堿性環境抗菌的作用減弱或消失。因此針對此問題，還需進行更多的研究，通過更為有效的方法來提供長效的抗菌性能。

根據上述鎂合金的設計思路，希望在鎂中添加一種合金元素，使設計出的新型鎂合金既能通過降解產生的堿性環境起到抗菌作用，又能通過降解過程中釋放抗菌金屬離子殺滅細菌。這樣既能增強鎂合金的殺菌效果，又能在堿性抗菌作用減弱甚至消失后仍然能夠依靠釋放抗菌金屬離子繼續發揮抗菌作用。通過文獻查閱和調研，將目標鎖定在銅元素上。迄今為止，銅是唯一獲得美國環保署(EPA)抑菌性注冊的固體材料。銅能夠長效抑制致病細菌的生長，無論是銅離子還是銅的化合物對金黃色葡萄球菌、大腸桿菌、產氣腸桿菌、白色念珠菌、綠膿假單胞菌等多種細菌均具有高效的殺滅作用。由此可見，如果將銅元素和鎂合金結合，并在植入過程中釋放一定量的銅離子，就有可能有效地防治植入物造成的細菌感染。