本發(fā)明屬于材料技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種鈦金屬骨科內(nèi)植物表面抗菌生物復(fù)合涂層的制備方法。

背景技術(shù)：

隨著社會(huì)的發(fā)展進(jìn)步，人類壽命的不斷增加。由于不斷增加的人口及老齡化，各種骨關(guān)節(jié)炎，骨腫瘤，創(chuàng)傷骨折等等導(dǎo)致臨床上需要骨科內(nèi)植物的患者越來(lái)越龐大；骨科內(nèi)植物屬于三類醫(yī)療器械，國(guó)家食品藥品監(jiān)督總局規(guī)定對(duì)其實(shí)行嚴(yán)格的生產(chǎn)許可及產(chǎn)品注冊(cè)；此類產(chǎn)品需要經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的臨床試驗(yàn)過(guò)程和審批過(guò)程，骨科內(nèi)植物植入體內(nèi)必須要有良好的生物相容性而避免體內(nèi)炎癥的發(fā)生。

目前臨床上應(yīng)用的骨科內(nèi)植物盡管在植入前及植入過(guò)程中經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的無(wú)菌化處理，1％-3％的臨床上內(nèi)植物植入術(shù)后仍會(huì)發(fā)生內(nèi)植物周圍感染。目前臨床上的絕大多數(shù)生物內(nèi)固定器械并無(wú)抗感染能力；因此使目前的骨科內(nèi)植物器械具有抗感染能力尤為必要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種鈦金屬骨科內(nèi)植物表面抗菌生物復(fù)合涂層的制備方法，通過(guò)陽(yáng)極氧化技術(shù)使得鈦金屬表面形成納米管形貌后，采用二次沉積技術(shù)在納米管中沉積骨活性物質(zhì)羥基磷灰石及抗生素；使內(nèi)植物具有生物活性和抗菌的雙重功能。

本發(fā)明的方法按以下步驟進(jìn)行：

1、將金屬鈦表面拋光，然后置于無(wú)水乙醇中，在超聲波條件下放置至少5min，再用蒸餾水沖洗去除表面的無(wú)水乙醇，待表面干燥后作為鈦基體；

2、將鈦基體作為陽(yáng)極，采用金屬鉑作為陰極，采用氫氟酸溶液作為電解液，向兩極通電進(jìn)行電解，電解電壓為20±1v，電解溫度在25±1℃，電解時(shí)間為1～20h，電解完成后在鈦基體表面形成納米管形貌，制成表面納米管鈦基體；

3、通過(guò)沉積技術(shù)在表面納米管鈦基體上沉積羥基磷灰石，沉積時(shí)間為1～48小時(shí)；涂層厚度在20～1000微米，之后經(jīng)過(guò)干燥，獲得表面具有活性涂層的鈦金屬骨科內(nèi)植物；

4、使用蒸餾水配置100～120微克/毫升的抗生素原液，通過(guò)逐步滴加的方式在納米管表面形成羥基磷灰石/抗生素復(fù)合涂層；各抗生素的含量在100～500微克/cm²；獲得表面具有抗菌生物復(fù)合涂層的鈦金屬骨科內(nèi)植物。

上述方法中，氫氟酸溶液的質(zhì)量濃度為0.5～1％。

上述的抗生素種類為萬(wàn)古霉素和/或慶大霉素。

上述的金屬鈦純度≥99.99％，金屬鉑純度≥99.99％。

上述的步驟2中，鈦基體表面的納米管的管徑20～100納米，長(zhǎng)度0.5～10微米。

本發(fā)明首先通過(guò)陽(yáng)極氧化技術(shù)使得鈦金屬表面形成納米管形貌后，之后再通過(guò)二次沉積技術(shù)在納米管中沉積骨活性物質(zhì)羥基磷灰石及抗生素；納米管表面粗糙，適合羥基磷灰石附著生長(zhǎng)，羥基磷灰石/抗生素復(fù)合涂層既具有生物活性又具有抗菌性能的雙重功能，在制備抗菌骨科內(nèi)植物方面具有廣闊的應(yīng)用前景。

本發(fā)明的方法制備的表面具有抗菌生物復(fù)合涂層的鈦金屬骨科內(nèi)植物，具有良好的抗菌性能及生物活性；所選材料具有來(lái)源廣，價(jià)格低的優(yōu)勢(shì)。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例1中的電解裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖中，1、陶瓷蓋板，2、帶夾套的反應(yīng)容器，3、氫氟酸溶液，4、攪拌棒，5、陰極(金屬鉑)，6、陽(yáng)極(鈦基體)；

圖2本發(fā)明的鈦基體表面的納米管形成原理示意圖；

圖3本發(fā)明的鈦金屬骨科內(nèi)植物表面抗菌生物復(fù)合涂層的制備方法流程示意圖；

圖4本發(fā)明實(shí)施例1中的表面納米管鈦基體、表面具有活性涂層的鈦金屬骨科內(nèi)植物和表面具有抗菌生物復(fù)合涂層的鈦金屬骨科內(nèi)植物的表面電鏡掃描圖；圖中，a為表面納米管鈦基體，b為表面具有活性涂層的鈦金屬骨科內(nèi)植物，c為表面具有抗菌生物復(fù)合涂層的鈦金屬骨科內(nèi)植物，羥基磷灰石將鈦納米管表面徹底覆蓋；

圖5為本發(fā)明實(shí)施例1制備的表面具有活性涂層的鈦金屬骨科內(nèi)植物的xrd圖；

圖6為本發(fā)明實(shí)施例1和2中的鈦納米管/羥基磷灰石復(fù)合涂層、鈦納米管/羥基磷灰石/萬(wàn)古霉素復(fù)合涂層和鈦納米管/羥基磷灰石/慶大霉素復(fù)合涂層抗菌試驗(yàn)效果sem圖；圖中，a鈦納米管/羥基磷灰石復(fù)合涂層上大量葡萄球菌生長(zhǎng)；b鈦納米管/羥基磷灰石/萬(wàn)古霉素復(fù)合涂層上葡萄球菌凋亡；c鈦納米管/羥基磷灰石/慶大霉素復(fù)合涂層上金黃色葡萄球菌死亡。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明實(shí)施例中蒸餾水沖洗步驟至少進(jìn)行3次。

本發(fā)明實(shí)施例中表面干燥時(shí)在室溫條件下自然風(fēng)干。

本發(fā)明實(shí)施例中的金屬鈦和金屬鉑為市購(gòu)產(chǎn)品。

本發(fā)明實(shí)施例中的萬(wàn)古霉素和慶大霉素為市購(gòu)產(chǎn)品。

本發(fā)明實(shí)施例中的羥基磷灰石為市購(gòu)產(chǎn)品。

本發(fā)明實(shí)施例中進(jìn)行抗菌試驗(yàn)采用金黃色葡萄球菌，為市購(gòu)產(chǎn)品。

本發(fā)明實(shí)施例中，進(jìn)行抗菌試驗(yàn)的步驟為：將待測(cè)樣品試驗(yàn)前采用24小時(shí)環(huán)氧乙烷消毒；樣品尺寸為1cm×1cm的金屬片；將金屬片置于12孔板中，加入2ml的10⁷/ml的金黃色葡萄球菌菌液，放入細(xì)菌孵箱培養(yǎng)24小時(shí)；之后取出菌液，采用pbs液輕柔洗滌2次；采用2.5％的戊二醛溶液固定后采用酒精梯度脫水(30％，50％，70％，90％，95％，100％)各五分鐘，關(guān)鍵點(diǎn)干燥(co2臨界點(diǎn)干燥)，噴金；通過(guò)掃描電鏡(sem)觀察細(xì)胞生長(zhǎng)情況，由圖可見(jiàn)，鈦納米管/羥基磷灰石/抗生素(萬(wàn)古霉素，慶大霉素)與普通鈦金屬相比較大大降低了細(xì)菌的粘附，有著良好地抗菌性能；實(shí)施例1和2中的鈦納米管/羥基磷灰石復(fù)合涂層、鈦納米管/羥基磷灰石/萬(wàn)古霉素復(fù)合涂層和鈦納米管/羥基磷灰石/慶大霉素復(fù)合涂層抗菌試驗(yàn)效果如圖6所示。

本發(fā)明實(shí)施例中的金屬鈦純度≥99.99％，金屬鉑純度≥99.99％。

實(shí)施例1

將金屬鈦表面拋光，然后置于無(wú)水乙醇中，在超聲波條件下放置至少5min，再用蒸餾水沖洗去除表面的無(wú)水乙醇，待表面干燥后作為鈦基體；

采用的電解裝置結(jié)構(gòu)如圖1所示，將鈦基體作為陽(yáng)極，采用金屬鉑作為陰極，采用氫氟酸溶液作為電解液，向兩極通電進(jìn)行電解，電解電壓為20±1v，電解溫度在25±1℃，電解時(shí)間為1h，電解完成后在鈦基體表面形成納米管形貌，制成表面納米管鈦基體；氫氟酸溶液的質(zhì)量濃度為0.5％；鈦基體表面的納米管的管徑20～40納米，長(zhǎng)度0.5～4微米；形成原理如圖2所示，

通過(guò)沉積技術(shù)在表面納米管鈦基體上沉積羥基磷灰石，沉積時(shí)間為1小時(shí)；涂層厚度在20微米，經(jīng)過(guò)干燥去除水分，獲得表面具有活性涂層的鈦金屬骨科內(nèi)植物；

使用蒸餾水配置105微克/毫升的抗生素原液，抗生素種類為萬(wàn)古霉素，通過(guò)逐步滴加的方式在納米管表面形成羥基磷灰石/抗生素復(fù)合涂層；抗生素的含量在100微克/cm²；獲得表面具有抗菌生物復(fù)合涂層的鈦金屬骨科內(nèi)植物；流程如圖2所示，各階段產(chǎn)品電鏡掃描結(jié)果如圖4所示，沉積羥基磷灰石的xrd觀測(cè)結(jié)果如圖5所示。

實(shí)施例2

方法同實(shí)施例1，不同點(diǎn)在于：

(1)在超聲波條件下放置8min

(2)電解時(shí)間為5h，氫氟酸溶液的質(zhì)量濃度為0.6％；鈦基體表面的納米管的管徑30～50納米，長(zhǎng)度1～6微米；

(3)沉積時(shí)間為6小時(shí)，涂層厚度在100微米

(4)抗生素原液濃度100微克/毫升，抗生素種類為慶大霉素，抗生素的含量在150微克/cm²。

實(shí)施例3

方法同實(shí)施例1，不同點(diǎn)在于：

(1)在超聲波條件下放置10min

(2)電解時(shí)間為10h，氫氟酸溶液的質(zhì)量濃度為0.8％；鈦基體表面的納米管的管徑40～80納米，長(zhǎng)度2～5微米；

(3)沉積時(shí)間為24小時(shí)，涂層厚度在600微米

(4)抗生素原液濃度110微克/毫升，抗生素種類為萬(wàn)古霉素和慶大霉素，抗生素的含量在400微克/cm²。

實(shí)施例4

方法同實(shí)施例1，不同點(diǎn)在于：

(1)在超聲波條件下放置12min

(2)電解時(shí)間為20h，氫氟酸溶液的質(zhì)量濃度為1％；鈦基體表面的納米管的管徑60～100納米，長(zhǎng)度3～10微米；

(3)沉積時(shí)間為48小時(shí)，涂層厚度在1000微米

(4)抗生素原液濃度120微克/毫升，抗生素種類為萬(wàn)古霉素和慶大霉素，抗生素的含量在500微克/cm²。