專(zhuān)利名稱(chēng)：：具有多孔磷酸鈣-殼聚糖復(fù)合涂層的生物醫(yī)用材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種兼具良好抑菌、止血和成骨活性的多孔磷酸鈣-殼聚糖復(fù)合涂層的制備方法，屬于生物醫(yī)用材料制備
技術(shù)領(lǐng)域：
。
背景技術(shù)：
：生物醫(yī)用材料是用于對(duì)生物體進(jìn)行修復(fù)或替換其病損組織、器官或增進(jìn)其功能的新型高技術(shù)材料，一般指對(duì)牙和骨骼進(jìn)行修復(fù)和替換的生物醫(yī)用材料植入體。現(xiàn)有牙種植體、人工關(guān)節(jié)等承載部位用植入器械采用有良好力學(xué)性能的鈦合金作為基體，然后對(duì)其進(jìn)行表面改性，沉積磷酸鈣涂層以提高其生物活性。隨著步入老齡社會(huì)和人類(lèi)對(duì)健康要求的提高，對(duì)硬組織修復(fù)與替換用生物活性涂層材料提出了更高要求。除了需要進(jìn)一步提高涂層生物活性和成骨能力之外，還應(yīng)賦予植入器械與臨床使用密切相關(guān)的多種功能，是現(xiàn)階段生物活性涂層重要研究方向。其中植入器械表面的抑菌性能和止血功能是兩個(gè)與臨床應(yīng)用密切相關(guān)的重要性能。骨科手術(shù)中，注射抗生素已成為預(yù)防感染的固定措施，盡管這樣，手術(shù)感染仍是手術(shù)失敗的一個(gè)重要因素。C即a皿a報(bào)導(dǎo)，在骨科植入器械中，因感染造成的手術(shù)失敗率為5%左右，在翻修手術(shù)中為6%，而在對(duì)感染有關(guān)的翻修手術(shù)更高達(dá)47%。R.C即a皿a，H.G.Morris,D.Campanacci，M.DelBen，andM.Campanacci，"ModularUncementedProstheticReconstructionafterResectionofTumoursoftheDistalFemur，，，J.BoneJointSurg.Br.，1994，76B，p178-186.。實(shí)際上，感染問(wèn)題在近年來(lái)不僅沒(méi)有得到解決，還有逐漸上升的趨勢(shì)。細(xì)菌如同細(xì)胞一樣，容易在植入體表面粘附，由于植入手術(shù)實(shí)施時(shí)非絕對(duì)無(wú)菌條件，植入器械需暴露于有菌環(huán)境中，因此更容易受到病菌侵襲，引發(fā)種植體周?chē)装Y甚至直接導(dǎo)致手術(shù)失敗。因此，表面具有抑菌功能的生物活性涂層將有效降低植入體周?chē)母腥?，提高手術(shù)的成功率和植入器械的安全性。涂層表面的止血功能是抑菌性能外的另一個(gè)與臨床應(yīng)用相關(guān)的重要性能。一個(gè)關(guān)節(jié)置換手術(shù)的病人總失血量可能遠(yuǎn)超過(guò)1000毫升，其中隱性失血量占據(jù)相當(dāng)比例。對(duì)于植入人工關(guān)節(jié)、牙種植體等硬組織修復(fù)、替代材料，減少骨創(chuàng)面滲血將提高手術(shù)的安全性，對(duì)病人的早期康復(fù)有重要的促進(jìn)作用，所以兼具抑菌與止血功能的生物活性涂層在臨床使用上具有重要的意義。殼聚糖是一類(lèi)具有良好的抑菌功能的天然多糖高分子材料，殼聚糖還包括一系列的衍生物，同時(shí)經(jīng)改性后可形成水溶性殼聚糖，具有易被人體吸收，抗腫瘤、調(diào)血脂和能提高人體免疫等功能。殼聚糖具有良好的生物安全性和抑菌功能，作為抑菌材料的使用受到了廣泛重視LiuX.F.，GuanY.L.，YangD.Z.，LiZ.，YaoKD.'"Antibacterialactionofchitosanandcarboxymethylatedchitosan，，，J.Appl.Polym.Sci.2001，79(7)，1324-1335.，殼聚糖還具有良好的止血功能MiFL，ShyuSS，WuYB，LeeST，ShyongJY，HuangRN，"Fabricationandcharacterizationofasponge-likeasymmetricchitosanmembraneasawounddressing",Biomaterials2001;22:165-73.。殼聚糖材茅斗本身也具有良好的生物相容性，被廣泛用于組織工程支架材料AlbertoDiMartinoa，MichaelSittingerc，MakarandV.Risbud，"Chitosan:Aversatilebiopolymerfororthopaedictissue-engineering",Biomaterials26(2005)5983-5990.禾口藥物控釋系統(tǒng)KhorE，LimLY，"Implantableapplicationsofchitinandchitosan，，，Biomaterials2003;24:2339-49?，F(xiàn)有研究多集中在殼聚糖和磷酸鈣、其它高分子的復(fù)合材料。如殼聚糖與磷酸鈣復(fù)合中，首先按照需要的鈣磷比將一定量的鈣源、磷源、鈦源和鈉源混合反應(yīng)，形成所需要的磷酸鈣玻璃相，然后再混入P-TCP粉末和溶解在一定量乙酸中的殼聚糖，經(jīng)過(guò)一定溫度下的攪拌來(lái)使混合物溶解和消除其中的氣泡，混合物經(jīng)過(guò)迅速冷凍，來(lái)使混合物固定和形成分離的固相，最后是固相的混合物在低溫下保存一段時(shí)間再經(jīng)過(guò)冷凍干燥移去溶劑。ZhangY，ZhangM，"Synthesisandcharacterizationofmacroporouschitosan/calciumphosphatecompositescaffoldsfortissueengineering",JBiomedMaterRes2001;55:304-12.與高分子材料的復(fù)合方式主要是將羥基磷灰石粉末，殼聚糖粉末和PMMA粉末復(fù)合，形成骨水泥。KimSB，KimYJ，YoonTL，ParkSA，ChoIH，KimEJ，KimIA，ShinJW，"Thecharacteristicsofahydroxy即atite-chitosan-PMMAbonecement，，，Biomaterials2004;25:5715-23.殼聚糖雖是一種很好的具有抑菌、止血功能的材料。但其作為植入材料尚有不足之處。一個(gè)問(wèn)題是現(xiàn)有殼聚糖復(fù)合材料，其制備過(guò)程往往較為繁復(fù)，而且力學(xué)性能較差，往往僅能用在非承載部位，對(duì)其降解速率也很難控制。難以同時(shí)滿足植入器械對(duì)生物學(xué)性能、力學(xué)性能、和降解速率等性能的綜合要求，離臨床使用尚有一段距離。現(xiàn)有殼聚糖復(fù)合材料多通過(guò)體內(nèi)降解的方式在預(yù)期植入部位釋放、消失，其降解時(shí)間較長(zhǎng)。而且殼聚糖作為抑菌材料在一定程度上具有細(xì)胞毒性，過(guò)長(zhǎng)的降解時(shí)間不但難以控制，也將直接影響植入器械的成骨活性和骨長(zhǎng)入能力，與致力于提高植入體的表面生物活性、與骨的早期愈合及界面結(jié)合的發(fā)展趨勢(shì)相對(duì)立。實(shí)際上，在臨床應(yīng)用中，最嚴(yán)重的炎癥反應(yīng)和感染危險(xiǎn)期多在手術(shù)后一到三天，而對(duì)止血的要求作用時(shí)間更短，多在手術(shù)后的幾個(gè)小時(shí)，所以植入器械的手術(shù)部位的局部早期止血(手術(shù)后6小時(shí)內(nèi))、抑菌功能(手術(shù)后23天內(nèi))更為關(guān)鍵，并不需要降解時(shí)間過(guò)長(zhǎng)的材料。所以具有早期抑菌、止血功能的醫(yī)療植入器械才是滿足臨床實(shí)際需要的發(fā)展方向。解決這些問(wèn)題的一個(gè)思路是在其涂層表面直接復(fù)合水溶性殼聚糖表面層，這樣既可起到很好的手術(shù)后早期抗菌、止血的功能，又由于殼聚糖將在相對(duì)較短時(shí)間內(nèi)通過(guò)涂層表面的釋放、溶解，被體液吸收的過(guò)程到體內(nèi)其它部位，對(duì)植入體表面生物活性、成骨性能的潛在不利影響最小化，另外由于使用生物醫(yī)用材料作為基底，即在植入器械表面直接復(fù)合多孔磷酸鈣-殼聚糖生物活性涂層，這樣作為植入材料具有很好的力學(xué)性能，可以應(yīng)用在承載部位。同時(shí)滿足植入器械對(duì)生物學(xué)性能、力學(xué)性能、和降解速率等性能的綜合要求，具有很大的臨床運(yùn)用前景。此方法的關(guān)鍵是如何有效地將殼聚糖復(fù)合在生物活性涂層表面?，F(xiàn)有植入生物工程器械材料表面的生物活性涂層多為致密結(jié)構(gòu)，不能有效地將殼聚糖復(fù)合在生物活性涂層表面。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是現(xiàn)有的生物醫(yī)用材料表面難以有效復(fù)合殼聚糖的。本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題的技術(shù)方案是提供一種新的生物醫(yī)用材料。該生物醫(yī)用材料包括有基底材料，在基底材料的外表面上復(fù)合有多孔磷酸鈣涂層，多孔磷酸鈣涂層上還復(fù)合有殼聚糖層。其中，上述多孔磷酸鈣涂層為磷酸鈣材料通過(guò)液相等離子噴涂法復(fù)合在基底材料上形成的。其中，上述磷酸f丐材料為羥基磷灰石或磷酸三牽丐。進(jìn)一步的，上述殼聚糖內(nèi)還含有消炎藥物、止血藥物或抑菌藥物中的至少一種。其中，上述的基底材料為生物醫(yī)用金屬材料、生物醫(yī)用陶瓷材料、含金屬的生物醫(yī)用復(fù)合材料或含陶瓷的生物醫(yī)用復(fù)合材料中的至少一種。其中，上述生物醫(yī)用金屬材料為生物醫(yī)用鈦合金材料、生物醫(yī)用不銹鋼材料、生物醫(yī)用鈷基合金材料中的至少一種。進(jìn)一步的，所述生物醫(yī)用陶瓷材料為氧化鋁陶瓷或氧化鋯陶瓷。本發(fā)明還提供了一種制備上述生物醫(yī)用材料的方法。該方法包括以下步驟a、配制磷酸鈣懸浮液；b、將步驟a得到的磷酸鈣懸浮液注入到等離子火焰中心的高溫區(qū)域，噴涂至基底材料的表面，生成具有多孔的磷酸鈣涂層的生物醫(yī)用材料；c、將步驟b得到的具有的多孔磷酸鈣涂層的生物醫(yī)用材料浸入10g/L100g/L殼聚糖水溶液中1836小時(shí)或?qū)ぞ厶侨芤旱渭釉诙嗫琢姿醘丐涂層表面；然后將材料在無(wú)菌條件下風(fēng)干，即得。其中，上述方法步驟a所述的磷酸鈣懸浮液的制備方法為邊攪拌邊將摩爾濃度為1.23.6mol/L的磷酸氫二銨水溶液滴加到摩爾濃度為13mol/L的硝酸f丐水溶液中，保持反應(yīng)液30°C90°C，以氨水控制其pH保持在912，反應(yīng)后靜置515分鐘，再陳化2448小時(shí)。其中，上述方法中步驟b所述的將磷酸鈣懸浮液注入到等離子火焰中心的高溫區(qū)域是采用霧化噴嘴進(jìn)行；等離子噴涂功率為2070千瓦，噴涂距離為80180mm。本發(fā)明還提供了使用上述的方法制備的生物醫(yī)用材料。常規(guī)生物活性涂層多為致密結(jié)構(gòu)，不能有效地將殼聚糖復(fù)合在生物活性涂層表面。為解決這一難題，本發(fā)明采用液相等離子體噴涂技術(shù)制備具有多孔結(jié)構(gòu)的涂層，其優(yōu)點(diǎn)為涂層孔隙結(jié)構(gòu)在較大范圍可調(diào)(從接近完全致密50%孔隙度)，可根據(jù)實(shí)際臨床需要對(duì)殼聚糖的釋放速率進(jìn)行調(diào)控。本發(fā)明產(chǎn)品可使用以下路線進(jìn)行制備a、制備具有多孔結(jié)構(gòu)的磷酸鈣涂層的生物醫(yī)用材料；b、在具有多孔結(jié)構(gòu)的磷酸鈣涂層的生物醫(yī)用材料上構(gòu)建多孔磷酸鈣-殼聚糖復(fù)合涂層。其中a中所述的磷酸鈣涂層為以羥基磷灰石為主的各種磷酸鈣涂層，主要包括羥基磷灰石、磷酸三鈣等。其中上述步驟a中多孔磷酸鈣涂層的制備采用液相等離子噴涂，利用現(xiàn)有的技術(shù)制備磷酸鈣液相先驅(qū)液，比如通過(guò)磷酸氫二銨水溶液滴加到硝酸鈣水溶液中，加入氨水控制pH值為912行進(jìn)反應(yīng)，靜置，陳化得到。利用磷酸鈣先驅(qū)液作為噴涂原料，通過(guò)霧化噴嘴將液體先驅(qū)液原料直接注入等離子火焰高溫區(qū)域，在極短時(shí)間(小于l微秒)完成與火焰的熱交換過(guò)程，隨后經(jīng)過(guò)原料中液滴的破碎、細(xì)化、蒸發(fā)、燒結(jié)、熔融，最后直接噴射在生物醫(yī)用基底上形成涂層。其中上述作為多孔磷酸鈣涂層基底的材料需要能耐受等離子噴涂的高溫。如，生物醫(yī)用金屬材料和生物醫(yī)用陶瓷材料。作為基底的生物醫(yī)用金屬材料包括生物醫(yī)用鈦，或生物醫(yī)用不銹鋼，或生物醫(yī)用鈷基合金，或其他生物醫(yī)用金屬材料，或含金屬的生物醫(yī)用復(fù)合材料。作為基底的生物醫(yī)用陶瓷材料包括氧化鋁陶瓷，或氧化鋯陶瓷，或其他生物醫(yī)用陶瓷材料，或含陶瓷的生物醫(yī)用復(fù)合材料。其中上述b中采用的殼聚糖可以是本領(lǐng)域常用的材料，但必須溶于水，可以是不同分子量，脫乙酰度，ph值的殼聚糖。其中上述b中是通過(guò)調(diào)節(jié)殼聚糖的濃度，ph值等方面來(lái)得到優(yōu)化設(shè)計(jì)的水溶性殼聚糖材料參數(shù)，在兼具良好成骨活性的同時(shí)最大限度提高涂層的抑菌性能。其中上述b中多孔磷酸鈣-殼聚糖涂層的構(gòu)建采用在涂層表面直接復(fù)合水溶性殼聚糖表面層的方法，包括浸泡法，滴加法等方法。本發(fā)明制備方法的步驟具體可為以下幾步進(jìn)行A多孔磷酸鈣涂層的制備按羥基磷灰石、磷酸三鈣等的鈣磷摩爾比，在不斷攪拌下將摩爾濃度為1.2-3.6mol/L的磷酸氫二銨水溶液滴加到摩爾濃度為l-3mol/L的硝酸鈣水溶液中，保持反應(yīng)液3090°C，以質(zhì)量百分比濃度10%-30%的氨水控制其pH保持在912，反應(yīng)后靜置515分鐘，再陳化2448小時(shí)。通過(guò)小角度霧化噴嘴將磷酸鈣先驅(qū)液進(jìn)行霧化，小角度霧化噴嘴的霧滴發(fā)散角度為1025度，直接將先驅(qū)液注入等離子火焰中心的高溫區(qū)域，噴涂液與等離子噴槍噴射的高溫等離子火焰發(fā)生熱交換，隨后經(jīng)過(guò)液滴的破碎和細(xì)化，溶劑的蒸發(fā)，造孔劑的分解和氣化，噴涂原料的熔融，直接在作為基底的生物醫(yī)用材料表面沉積生成多孔磷酸鈣涂層。其中等離子噴涂功率為2070千瓦，所述作為基底的生物醫(yī)用材料與等離子噴嘴距離為818厘米。其中作為基底的生物醫(yī)用金屬材料包括生物醫(yī)用鈦，或生物醫(yī)用不銹鋼，或生物醫(yī)用鈷基合金，或其他生物醫(yī)用金屬材料，或含金屬的生物醫(yī)用復(fù)合材料。作為基底的生物醫(yī)用陶瓷材料包括氧化鋁陶瓷，或氧化鋯陶瓷，或其他生物醫(yī)用陶瓷材料，或含陶瓷的生物醫(yī)用復(fù)合材料。涂層空隙結(jié)構(gòu)在較大范圍可調(diào)(從接近完全致密50%孔隙度)。B優(yōu)化設(shè)計(jì)的水溶性殼聚糖材料的配制殼聚糖不同分子量，脫乙酰度，濃度，ph值等因素對(duì)涂層抑菌性能都有一定的影響。通過(guò)調(diào)節(jié)殼聚糖的濃度，ph值，濃度范圍10g/L100g/L，ph值58，進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，最大限度提高涂層抑菌性能。在濃度范圍10g/L100g/L內(nèi)，當(dāng)殼聚糖濃度增大到20g/L時(shí)，涂層顯示出明顯的抑菌效果，并隨溶度的增大，抑菌效果越好?？傊筛鶕?jù)具體臨床應(yīng)用需要，對(duì)殼聚糖材料的抑菌性能和細(xì)胞毒性進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。為進(jìn)一步提高材料的抑菌性能，可在殼聚糖中裝載抗生素等藥物。通過(guò)藥物在創(chuàng)部局部釋放，可更有效的提高復(fù)合涂層的抑菌性能，對(duì)防止病人術(shù)后感染、提高手術(shù)成功率有重要作用。C多孔磷酸鈣_殼聚糖涂層的構(gòu)建殼聚糖是一種具有良好抑菌功能的天然多糖高分子材料，常規(guī)狀態(tài)下不溶于水，經(jīng)過(guò)改性使其成為水溶性殼聚糖。采用浸泡法，滴加法等在多孔結(jié)構(gòu)磷酸鈣涂層表面涂覆水溶性殼聚糖。將水溶性殼聚糖溶解于超純水，配置成10g/L100g/L不同濃度的殼聚糖溶液。再將涂層在無(wú)菌條件下浸沒(méi)于殼聚糖水溶液中18-36小時(shí)，或?qū)ぞ厶侨芤旱渭釉谕繉颖砻?，之后在超凈臺(tái)內(nèi)風(fēng)干816小時(shí)。表面多孔結(jié)構(gòu)的納米涂層比現(xiàn)今臨床用商業(yè)化產(chǎn)品有更好的成骨細(xì)胞增殖，分化能力，并可裝載骨生長(zhǎng)因子以進(jìn)一步促進(jìn)骨生長(zhǎng)，增強(qiáng)材料的組織修復(fù)能力。本發(fā)明創(chuàng)造性地在這種多孔涂層上面直接復(fù)合水溶性殼聚糖表面層，則可賦予植入器械早期止血，抑菌兩種功效，可大幅度提高現(xiàn)有植入器械的安全性和成功率，更高效地為病人服務(wù)。殼聚糖在手術(shù)后早期相對(duì)黏稠，有助于手術(shù)后最早期的止血，隨后其將較快釋放、溶解最后被體液吸收，即能起到一定程度的早期抑菌作用，也不會(huì)影響隨后的成骨進(jìn)程。本發(fā)明的針對(duì)手術(shù)后對(duì)植入器械早期抑菌及止血功能的臨床實(shí)際需要，利用具有多孔結(jié)構(gòu)的磷酸鈣涂層有效直接復(fù)合殼聚糖涂層。這樣既可賦予植入材料止血、抑菌兩大額外功效，可大幅度提高現(xiàn)有植入器械的安全性和成功率，更高效地為病人服務(wù)。又由于殼聚糖的釋放、溶解，被體液吸收相對(duì)較快，對(duì)植入體表面生物活性、成骨性能的潛在不利影響最小化。從而構(gòu)建滿足臨床需要，具有良好的早期抑菌(23天內(nèi))，止血(6小時(shí)內(nèi))功能的多孔磷酸鈣_殼聚糖涂層生物醫(yī)用材料。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下有益技術(shù)效果1、現(xiàn)有研究多集中在殼聚糖和磷酸鈣或其他高分子的復(fù)合材料，而這些復(fù)合材料的強(qiáng)度較低，往往僅能用在非承載部位，其制備過(guò)程往往較為繁復(fù)，對(duì)其降解速率也很難控制。本發(fā)現(xiàn)制備過(guò)程通過(guò)在醫(yī)用植入器械的生物活性涂層表面直接復(fù)合水溶性殼聚糖，方法簡(jiǎn)單，可直接用于承載植入部位。2、常規(guī)生物活性涂層多為致密結(jié)構(gòu)，不能有效地將殼聚糖裝載在生物活性涂層表面。針對(duì)手術(shù)后早期抑菌及止血功能的臨床實(shí)際需要，利用液相等離子噴涂新技術(shù)制備多孔生物活性涂層，并復(fù)合水溶性殼聚糖，賦予植入體在術(shù)后早期的抑菌及止血功能。而且涂層孔隙率結(jié)構(gòu)在較大范圍可調(diào)(從接近完全致密到50%孔隙度)，可對(duì)殼聚糖的釋放速率進(jìn)行調(diào)控。3、現(xiàn)有殼聚糖復(fù)合材料主要通過(guò)體內(nèi)降解的方式在預(yù)期植入部位消失，其降解時(shí)間較長(zhǎng)，也很難控制。由于殼聚糖作為一種抑菌材料在一定程度上具有細(xì)胞毒性，過(guò)長(zhǎng)的降解時(shí)間，不但難以控制，也將直接影響植入器械表面的成骨活性和骨長(zhǎng)入能力。本發(fā)明方法針對(duì)臨床實(shí)際需要，將殼聚糖直接復(fù)合到涂層上，既能起到很好的手術(shù)后早期抗菌，止血功能，有助于提高植入手術(shù)的安全性和加快病人康復(fù)，同時(shí)復(fù)合在多孔磷酸鈣涂層上的殼聚糖相對(duì)釋放、溶解和被體液吸收較快，做到了對(duì)植入體表面生物活性、成骨性能的潛在不利影響最小化。4、殼聚糖材料本身也具有良好的生物相容性，采用兼具良好成骨活性和抑菌性能的殼聚糖材料參數(shù)，有助于同時(shí)優(yōu)化材料的成骨活性和抑菌性能。在殼聚糖里還可以裝載抗生素、消炎藥物、止血藥物等藥物，起到創(chuàng)部局部釋放，可更有效的提高復(fù)合涂層的抑菌性能，對(duì)防止病人術(shù)后感染、提高手術(shù)成功率有重要作用。圖1、多孔磷酸鈣-殼聚糖復(fù)合涂層示意圖，1為生物醫(yī)學(xué)工程基底材料，2為液相等離子噴涂的多孔磷酸鈣涂層，3為水溶性殼聚糖層。圖2、粉末等離子噴涂羥基磷灰石涂層(現(xiàn)臨床用商業(yè)化產(chǎn)品)掃描電鏡照片。圖3、液相等離子噴涂制備的具有多孔結(jié)構(gòu)羥基磷灰石涂層掃描電鏡照片。圖4、多孔磷酸鈣一殼聚糖復(fù)合涂層(LPPS)與致密磷酸鈣-殼聚糖復(fù)合涂層(APS)的早期(6h，12h，24h)抑菌性能比較利用MTT法對(duì)金黃色葡萄球菌的增殖情況檢測(cè)結(jié)果表明具有多孔結(jié)構(gòu)的磷酸鈣_殼聚糖復(fù)合涂層具有遠(yuǎn)為優(yōu)異的抑菌性能。圖5、具有不同殼聚糖濃度的多孔磷酸鈣-殼聚糖復(fù)合涂層的抑菌性能比較利用MTT法在6h，12h，24h測(cè)得金黃色葡萄球菌的增殖速率(0D值)。圖6、MTT法對(duì)MG63細(xì)胞在具有不同濃度殼聚糖的多孔磷酸鈣_殼聚糖復(fù)合涂層表面的增殖情況(2d，4d，6d)的檢測(cè)。圖7、不同濃度殼聚糖的多孔磷酸鈣一殼聚糖復(fù)合涂層在PBS中的釋放行為。具體實(shí)施例方式本發(fā)明的具體實(shí)施方案本發(fā)明提供一種磷酸鈣多孔涂層表面直接復(fù)合水溶性殼聚糖表面層的制備方法，該方法是以等離子噴涂為基礎(chǔ)，制備出多孔磷酸鈣涂層，直接在多孔涂層表面上復(fù)合水溶性殼聚糖表面層。具體操作步驟為A多孔磷酸鈣涂層的制備按羥基磷灰石、磷酸三鈣等的鈣磷摩爾比，在不斷攪拌下將摩爾濃度為1.2-3.6mol/L的磷酸氫二銨水溶液滴加到摩爾濃度為13mol/L的硝酸鈣水溶液中，保持反應(yīng)液30-90°C，以質(zhì)量百分比濃度10%30X的氨水控制其pH保持在9_12，反應(yīng)后靜置5-15分鐘，再陳化24-48小時(shí)，為了獲得多孔結(jié)構(gòu)，可以通過(guò)加入造孔劑，如去離子水，碳酸氫銨。通過(guò)小角度霧化噴嘴將羥基磷灰石先驅(qū)液進(jìn)行霧化，小角度霧化噴嘴的霧滴發(fā)散角度為10-25度，直接將先驅(qū)液霧化注入等離子火焰中心的高溫區(qū)域，噴涂液與等離子噴槍噴射的高溫等離子火焰發(fā)生熱交換，隨后經(jīng)過(guò)液滴的破碎和細(xì)化，溶劑的蒸發(fā)，造孔劑的分解和氣化，噴涂原料的熔融，直接在作為基底的生物醫(yī)用材料表面沉積生成多孔磷酸鈣涂層。所述的等離子噴涂功率為2070千瓦，所述作為基底的生物醫(yī)用材料與等離子噴嘴距離為818厘米。其中作為基底的生物醫(yī)用金屬材料包括生物醫(yī)用鈦，或生物醫(yī)用不銹鋼，或生物醫(yī)用鈷基合金，或其他生物醫(yī)用金屬材料，或含金屬的生物醫(yī)用復(fù)合材料。作為基底的生物醫(yī)用陶瓷材料包括氧化鋁陶瓷，或氧化鋯陶瓷，或其他生物醫(yī)用陶瓷材料，或含陶瓷的生物醫(yī)用復(fù)合材料。涂層空隙結(jié)構(gòu)在較大范圍可調(diào)(從接近完全致密到50%孔隙度)。B水溶性殼聚糖材料的設(shè)計(jì)殼聚糖不同分子量，脫乙酰度，濃度，ph值等因素對(duì)涂層抑菌性能都有一定的影響。通過(guò)調(diào)節(jié)殼聚糖的濃度，ph值進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。一般濃度范圍10g/L100g/L，ph值58，最大限度提高涂層抑菌性能。在濃度范圍10g/L100g/L內(nèi)，當(dāng)殼聚糖濃度增大到20g/L時(shí)，涂層顯示出明顯的抑菌效果，并隨溶度的增大，抑菌效果越好。C多孔磷酸鈣_殼聚糖涂層的構(gòu)建在涂層表面直接復(fù)合水溶性殼聚糖表面層，采用浸泡法，滴加法在多孔結(jié)構(gòu)羥基磷灰石涂層表面涂覆殼聚糖。將水溶性殼聚糖溶解于超純水，配置成10g/L-100g/L不同濃度的殼聚糖溶液。再將涂層在無(wú)菌條件下浸沒(méi)于殼聚糖水溶液中18-36小時(shí)，之后在超凈臺(tái)內(nèi)風(fēng)干8-16小時(shí)。形成多孔磷酸鈣-殼聚糖復(fù)合涂層。以下通過(guò)具體實(shí)施例的方式對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳述，但不應(yīng)理解為是對(duì)本發(fā)明的限制。凡基于本發(fā)明上述思想做出的修改，替換，變更均屬于本發(fā)明。實(shí)施例一粉末等離子噴涂的羥基磷灰石涂層上復(fù)合殼聚糖涂層直接利用羥基磷灰石粉末。通過(guò)等離子噴涂設(shè)備，噴涂采用粉末噴嘴，使用大氣等離子噴涂設(shè)備，最后在生物醫(yī)用金屬基底上形成涂層，噴涂厚度為120微米。涂層表面形貌采用掃描電鏡進(jìn)行觀察。掃描電鏡照片見(jiàn)圖二。將殼聚糖溶解于超純水，濃度為100g/L，在將涂層樣品在無(wú)菌的條件下浸泡于殼聚糖水溶液中24小時(shí)，之后在超凈臺(tái)內(nèi)風(fēng)干12小時(shí)。其復(fù)合涂層(殼聚糖濃度100g/L)早期抑菌性能與多孔磷酸鈣-殼聚糖復(fù)合涂層(殼聚糖濃度100g/L)比較(MTT法對(duì)金黃色葡萄球菌的增殖情況檢測(cè))見(jiàn)圖4。利用MTT法對(duì)金黃色葡萄球菌的增殖情況檢測(cè)結(jié)果表明具有多孔結(jié)構(gòu)的磷酸鈣_殼聚糖復(fù)合涂層具有遠(yuǎn)為優(yōu)異的抑菌性能。實(shí)施例二在液相等離子噴涂的羥基磷灰石涂層上復(fù)合殼聚糖涂層按Ca1Q(P04)6(OH)2的鈣磷摩爾比(1.67)，在不斷攪拌下將摩爾濃度為2.8mol/L的磷酸氫二銨水溶液滴加到摩爾濃度為2.4mol/L的硝酸鈣水溶液中，保持反應(yīng)液70°C，以質(zhì)量百分比濃度25%的氨水控制其pH保持在10.5，反應(yīng)后靜置10分鐘，再陳化24小時(shí)，即得固含量為34%的羥基磷灰石懸浮液備用。利用等離子噴涂設(shè)備，噴嘴采用霧化噴嘴，使用液相等離子噴涂方法，經(jīng)過(guò)先驅(qū)液中液滴的破碎、細(xì)化、蒸發(fā)、燒結(jié)、熔融，最后在生物醫(yī)用金屬基底上形成涂層，噴涂厚度為120微米。涂層表面形貌采用掃描電鏡進(jìn)行觀察。掃描電鏡照片見(jiàn)圖三。將殼聚糖溶解于超純水，濃度依次為10g/L、20g/L、50g/L、100g/L，再將四組涂層樣品在無(wú)菌的條件下分別浸泡于這四種濃度不同的殼聚糖水溶液中25小時(shí)，之后在超凈臺(tái)內(nèi)風(fēng)干12小時(shí)。其復(fù)合涂層(殼聚糖濃度100g/L)與致密磷酸鈣-殼聚糖復(fù)合涂層(殼聚糖濃度100g/L)早期抑菌性能比較見(jiàn)圖四，其四種殼聚糖濃度不同的復(fù)合涂層早期抑菌性能(匪T法對(duì)金黃色葡萄球菌的增殖速率檢測(cè))見(jiàn)圖五，MG63細(xì)胞在此四種復(fù)合涂層表面的增殖情況見(jiàn)圖六，四種復(fù)合涂層在PBS溶液中的釋放情況見(jiàn)圖七。實(shí)施例三在液相等離子噴涂的羥基磷灰石涂層上復(fù)合殼聚糖涂層按Ca1Q(P04)6(OH)2的鈣磷摩爾比(1.67)，在不斷攪拌下將摩爾濃度為2.5mol/L的磷酸氫二銨水溶液滴加到摩爾濃度為2.lmol/L的硝酸鈣水溶液中，保持反應(yīng)液65t:，以質(zhì)量百分比濃度20%的氨水控制其pH保持在11，反應(yīng)后靜置7分鐘，再陳化30小時(shí)，即得固含量為31%的羥基磷灰石懸浮液備用。將去離子水添加到羥基磷灰石懸浮液中，將其稀釋成固含量為15%的羥基磷灰石懸浮液。利用等離子噴涂設(shè)備，噴嘴采用霧化噴嘴，使用液相等離子噴涂方法，經(jīng)過(guò)先驅(qū)液中液滴的破碎、細(xì)化、蒸發(fā)、燒結(jié)、熔融，最后在生物醫(yī)用金屬基底上形成涂層，噴涂厚度為150微米。將殼聚糖溶解于超純水，濃度為15g/L，在將涂層樣品在無(wú)菌的條件下浸泡于殼聚糖水溶液中18小時(shí)，之后在超凈臺(tái)內(nèi)風(fēng)干10小時(shí)。實(shí)施例四在液相等離子噴涂的羥基磷灰石涂層上復(fù)合殼聚糖涂層按C^。(P0》e(0H)2的鈣磷摩爾比(1.67)，在不斷攪拌下將摩爾濃度為1.7mol/L的磷酸氫二銨水溶液滴加到摩爾濃度為1.4mol/L的硝酸鈣水溶液中，保持反應(yīng)液65°C，以質(zhì)量百分比濃度23%的氨水控制其pH保持在11.5，反應(yīng)后靜置12分鐘，再陳化35小時(shí)，即得固含量為21%的羥基磷灰石懸浮液備用。將造孔劑碳酸氫銨加入到羥基磷灰石懸浮液中，添加量以懸浮液的固含量為100%計(jì)，碳酸氫銨為30%。利用等離子噴涂設(shè)備，噴嘴采用霧化噴嘴，使用液相等離子噴涂方法，經(jīng)過(guò)先驅(qū)液中液滴的破碎、細(xì)化、蒸發(fā)、燒結(jié)、熔融，最后在生物醫(yī)用金屬基底上形成涂層，噴涂厚度為130微米。將殼聚糖溶解于超純水，濃度為25g/L，在將涂層樣品在無(wú)菌的條件下浸泡于殼聚糖水溶液中20小時(shí)，之后在超凈臺(tái)內(nèi)風(fēng)干15小時(shí)。實(shí)施例五在液相等離子噴涂的羥基磷灰石涂層上復(fù)合殼聚糖涂層按C^。(P0》e(0H)2的鈣磷摩爾比(1.67)，在不斷攪拌下將摩爾濃度為1.6mol/L的磷酸氫二銨水溶液滴加到摩爾濃度為1.3mol/L的硝酸鈣水溶液中，保持反應(yīng)液50°C，以質(zhì)量百分比濃度22%的氨水控制其pH保持在9，反應(yīng)后靜置5分鐘，再陳化45小時(shí)，即得固含量為20%的羥基磷灰石懸浮液備用。利用等離子噴涂設(shè)備，噴嘴采用霧化噴嘴，使用液相等離子噴涂方法，經(jīng)過(guò)先驅(qū)液中液滴的破碎、細(xì)化、蒸發(fā)、燒結(jié)、熔融，最后在生物醫(yī)用金屬基底上形成涂層，噴涂厚度為150微米。將殼聚糖溶解于超純水，濃度為30g/L，在將涂層樣品在無(wú)菌的條件下浸泡于殼聚糖水溶液中32小時(shí)，之后在超凈臺(tái)內(nèi)風(fēng)干16小時(shí)。實(shí)施例六在液相等離子噴涂的磷酸三鈣涂層上復(fù)合殼聚糖涂層按Ca3(P04)2的鈣磷摩爾比(1.5)，在不斷攪拌下將摩爾濃度為3.0mol/L的磷酸氫二銨水溶液滴加到摩爾濃度為3.0mol/L的硝酸鈣水溶液中，保持反應(yīng)液55°C，以質(zhì)量百分比濃度35%的氨水控制其pH保持在9.5，反應(yīng)后靜置5分鐘，再陳化25小時(shí)，即得固含量為25%的磷酸三鈣懸浮液備用。利用等離子噴涂設(shè)備，噴嘴采用霧化噴嘴，使用液相等離子噴涂方法，經(jīng)過(guò)先驅(qū)液中液滴的破碎、細(xì)化、蒸發(fā)、燒結(jié)、熔融，最后在生物醫(yī)用金屬基底上形成涂層，噴涂厚度為110微米。將殼聚糖溶解于超純水，濃度為60g/L，在將涂層樣品在無(wú)菌的條件下浸泡于殼聚糖水溶液中35小時(shí)，之后在超凈臺(tái)內(nèi)風(fēng)干15小時(shí)。實(shí)施例七在液相等離子噴涂的磷酸三鈣涂層上復(fù)合殼聚糖涂層按Ca3(P04)2的鈣磷摩爾比(1.5)，在不斷攪拌下將摩爾濃度為2.4mol/L的磷酸氫二銨水溶液滴加到摩爾濃度為2.4mol/L的硝酸鈣水溶液中，保持反應(yīng)液60°C，以質(zhì)量百分比濃度33%的氨水控制其pH保持在10，反應(yīng)后靜置10分鐘，再陳化48小時(shí)，即得固含量為30%的磷酸三鈣懸浮液備用。利用等離子噴涂設(shè)備，噴嘴采用霧化噴嘴，使用液相等離子噴涂方法，經(jīng)過(guò)先驅(qū)液中液滴的破碎、細(xì)化、蒸發(fā)、燒結(jié)、熔融，最后在生物醫(yī)用金屬基底上形成涂層，噴涂厚度為160微米。將殼聚糖溶解于超純水，濃度為70g/L，在將涂層樣品在無(wú)菌的條件下浸泡于殼聚糖水溶液中30小時(shí)，之后在超凈臺(tái)內(nèi)風(fēng)干10小時(shí)。實(shí)施例八在液相等離子噴涂的磷酸三鈣涂層上復(fù)合殼聚糖涂層按Ca3(P04)2的鈣磷摩爾比(1.5)，在不斷攪拌下將摩爾濃度為2mol/L的磷酸氫二銨水溶液滴加到摩爾濃度為1.7mol/L的硝酸鈣水溶液中，保持反應(yīng)液75°C，以質(zhì)量百分比濃度20%的氨水控制其pH保持在10.5，反應(yīng)后靜置15分鐘，再陳化40小時(shí)，即得固含量為25%的磷酸三鈣懸浮液備用。利用等離子噴涂設(shè)備，噴嘴采用霧化噴嘴，使用液相等離子噴涂方法，經(jīng)過(guò)先驅(qū)液中液滴的破碎、細(xì)化、蒸發(fā)、燒結(jié)、熔融，最后在生物醫(yī)用金屬基底上形成涂層，噴涂厚度為150微米。將殼聚糖溶解于超純水，濃度為80g/L，在將涂層樣品在無(wú)菌的條件下浸泡于殼聚糖水溶液中28小時(shí)，之后在超凈臺(tái)內(nèi)風(fēng)干11小時(shí)。試驗(yàn)例一本發(fā)明生物醫(yī)用材料的抑菌對(duì)比實(shí)驗(yàn)本研究中使用了金黃色葡萄球菌(ATCC25923)來(lái)測(cè)試材料的抑菌性能。凍存的菌株經(jīng)快速解凍并在37t:恒溫?fù)u床內(nèi)震蕩增菌16小時(shí)，用增菌液進(jìn)行平板涂布，經(jīng)過(guò)24-38小時(shí)培養(yǎng)后，挑選出生長(zhǎng)良好的菌落進(jìn)行二次增菌，在LB(Luriabroth)中培養(yǎng)，培養(yǎng)16-18小時(shí)并將菌液濃度調(diào)至l-2*106CFUs/mL。將濃度為100g/L的殼聚糖分別與致密羥基磷灰石涂層和多孔羥基磷灰石涂層復(fù)合。之后將材料依次放入24孔板，接種金黃色葡萄球菌，分別培養(yǎng)6h，12h，和24h。使用MTT法測(cè)得材料對(duì)細(xì)菌的抑制情況。抑菌結(jié)果見(jiàn)圖4。利用MTT法對(duì)金黃色葡萄球菌的增殖情況檢測(cè)結(jié)果表明具有多孔結(jié)構(gòu)的磷酸f丐_殼聚糖復(fù)合涂層具有遠(yuǎn)為優(yōu)異的抑菌性能。試驗(yàn)例二由不同濃度殼聚糖制備的本發(fā)明生物醫(yī)用材料的抑菌試驗(yàn)本研究中使用了金黃色葡萄球菌(ATCC25923)來(lái)測(cè)試材料的抑菌性能。凍存的菌株經(jīng)快速解凍并在37t:恒溫?fù)u床內(nèi)震蕩增菌16小時(shí)，用菌液進(jìn)行平板涂布，經(jīng)過(guò)24-28小時(shí)培養(yǎng)后，挑選出生長(zhǎng)良好的菌落進(jìn)行二次增菌，在LB(Luriabroth)中培養(yǎng)，培養(yǎng)16-18小時(shí)并將菌液濃度調(diào)至l-2*106CFUs/mL。將濃度分別為10g/L，20g/L，50g/L，100g/L殼聚糖與羥基磷灰石的復(fù)合材料依次放入24孔板，接種金黃色葡萄球菌，分別培養(yǎng)6h，12h和24h。使用MTT法測(cè)得材料對(duì)細(xì)菌的抑制情況。抑菌結(jié)果見(jiàn)圖5。圖5顯示了使用MTT法測(cè)得抑菌實(shí)驗(yàn)的0D值，在6h時(shí)未見(jiàn)到顯著區(qū)別，在12h時(shí)，多孔空白對(duì)照樣品細(xì)菌大量繁殖，而其余裝載了殼聚糖的則顯示出明顯的抑菌效果。在24h，不同種類(lèi)的材料抑菌性能顯示出巨大的差異，多孔以及裝載10g/l殼聚糖在24小時(shí)幾乎沒(méi)有抑菌的效果，當(dāng)殼聚糖含量增大到20g/l時(shí)，涂層顯示出明顯的抑菌效果，并且20g/l，50g/l，100g/l殼聚糖的抑菌效果隨著裝載量的加大而增加。試驗(yàn)例三本發(fā)明生物醫(yī)用材料的細(xì)胞毒性試驗(yàn)復(fù)蘇凍存的MG63細(xì)胞，取第二代生長(zhǎng)旺盛的細(xì)胞制得濃度為1*104的細(xì)胞懸液，按lml/孔的量接種于材料(殼聚糖濃度分別為10g/L，20g/L，50g/L，100g/L)表面，最后將培養(yǎng)板放入C02恒溫培養(yǎng)箱中，分別培養(yǎng)2天，4天和6天。最后用酶聯(lián)免疫檢測(cè)儀在570nm處測(cè)得各樣品的0D值。結(jié)果見(jiàn)圖6。如圖所示裝載10g/l和20g/l殼聚糖的材料細(xì)胞增殖數(shù)量顯著高于裝載50g/l和100g/l殼聚糖的材料。相比空白的多孔HA涂層，50g/l和100g/l殼聚糖的兩組顯示出一定的細(xì)胞毒性，而10g/l和20g/l殼聚糖不僅沒(méi)有細(xì)胞毒性，反而更是促進(jìn)了細(xì)胞在材料表面的增殖。試驗(yàn)例四本發(fā)明生物醫(yī)用材料的體外釋放試驗(yàn)將制備好的多孔磷酸鈣_殼聚糖生物活性涂層置入離心管中并加入16ml的PBS溶液。將離心管放入恒溫?fù)u床，搖速和溫度分布保持在50rpm和37°C。每個(gè)時(shí)間點(diǎn)取出離心管內(nèi)的溶液來(lái)計(jì)算殼聚糖從涂層中釋放的總量。釋放值使用紫外分光光度計(jì)進(jìn)行測(cè)量。結(jié)果見(jiàn)圖7。在初期，殼聚糖從涂層中釋放到PBS中的量出現(xiàn)快速增加的趨勢(shì)，并且各種濃度殼聚糖在初期的釋放量并沒(méi)有見(jiàn)到顯著區(qū)別。經(jīng)過(guò)大約24小時(shí)，殼聚糖釋放速率開(kāi)始放緩，且各組分間釋放量出現(xiàn)了明顯的區(qū)別，在24小時(shí)，裝載10g/L，20g/L，50g/L和100g/L殼聚糖的釋放量分別為586mg/ml，682mg/ml，707mg/ml和732mg/ml。權(quán)利要求生物醫(yī)用材料，其特征在于所述生物醫(yī)用材料包括有基底材料，在基底材料的外表面上復(fù)合有多孔磷酸鈣涂層，多孔磷酸鈣涂層上還復(fù)合有殼聚糖層。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物醫(yī)用材料，其特征在于所述多孔磷酸鈣涂層為磷酸鈣材料通過(guò)液相等離子噴涂法復(fù)合在基底材料上形成的。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物醫(yī)用材料，其特征在于所述磷酸鈣材料為羥基磷灰石或磷酸三鈣。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物醫(yī)用材料，其特征在于所述殼聚糖內(nèi)還含有消炎藥物、止血藥物或抑菌藥物中的至少一種。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物醫(yī)用材料，其特征在于所述的基底材料為生物醫(yī)用金屬材料、生物醫(yī)用陶瓷材料、含金屬的生物醫(yī)用復(fù)合材料或含陶瓷的生物醫(yī)用復(fù)合材料中的至少一種。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的生物醫(yī)用材料，其特征在于所述生物醫(yī)用金屬材料為生物醫(yī)用鈦合金材料、生物醫(yī)用不銹鋼材料、生物醫(yī)用鈷基合金材料中的至少一種；所述生物醫(yī)用陶瓷材料為氧化鋁陶瓷或氧化鋯陶瓷。7.根據(jù)權(quán)利要求16任一項(xiàng)所述的生物醫(yī)用材料，其特征在于是由以下方法制備的a、配制磷酸鈣懸浮液；b、將步驟a得到的磷酸鈣懸浮液注入到等離子火焰中心的高溫區(qū)域，噴涂至基底材料的表面，生成具有多孔的羥基磷灰石涂層的生物醫(yī)用材料；c、將步驟b得到的具有的多孔羥基磷灰石涂層的生物醫(yī)用材料浸入10g/L100g/L殼聚糖水溶液中1836小時(shí)或?qū)ぞ厶侨芤旱渭釉诙嗫琢u基磷灰石涂層表面；然后將材料在無(wú)菌條件下風(fēng)干，即得。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制備生物醫(yī)用材料的方法，其特征在于制備步驟a所述的磷酸鈣懸浮液的方法為邊攪拌邊將摩爾濃度為1.23.6mol/L的磷酸氫二銨水溶液滴加到摩爾濃度為13mol/L的硝酸f丐水溶液中，保持反應(yīng)液30°C90°C，以氨水控制其pH保持在912，反應(yīng)后靜置515分鐘，再陳化2448小時(shí)。9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制備生物醫(yī)用材料的方法，其特征在于步驟b所述的中將磷酸鈣懸浮液注入到等離子火焰中心的高溫區(qū)域是采用霧化噴嘴進(jìn)行；等離子噴涂功率為2070千瓦，噴涂距離為80180mm。10.使用權(quán)利要求7所述的方法制備的生物醫(yī)用材料。全文摘要本發(fā)明屬于生物醫(yī)用材料領(lǐng)域，具體涉及一種兼具良好抑菌，止血和成骨活性的具有多孔磷酸鈣-殼聚糖復(fù)合涂層的生物醫(yī)用材料及其制備方法。本發(fā)明中，首先利用等離子噴涂制備多孔磷酸鈣涂層，再通過(guò)浸泡法，滴加法等直接在多孔涂層表面復(fù)合水溶性殼聚糖表面層。這樣既可起到很好的手術(shù)后早期抗菌，止血的功能，又可使植入體表面生物活性，成骨性能的潛在不利影響最小化。本發(fā)明工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本低，可以賦予植入器械止血，抑菌兩大額外功效，可大幅度提高現(xiàn)有植入器械的安全性和成功率，減輕病人痛苦。文檔編號(hào)A61L27/40GK101791436SQ20101014764公開(kāi)日2010年8月4日申請(qǐng)日期2010年4月15日優(yōu)先權(quán)日2010年4月15日發(fā)明者何靜,吳方,宋磊,甘露,田志立,顧忠偉,黃濤申請(qǐng)人:四川大學(xué)