本發明屬于材料技術領域，特別涉及一種鈦金屬骨科內植物表面抗菌生物復合涂層的制備方法。

背景技術：

隨著社會的發展進步，人類壽命的不斷增加。由于不斷增加的人口及老齡化，各種骨關節炎，骨腫瘤，創傷骨折等等導致臨床上需要骨科內植物的患者越來越龐大；骨科內植物屬于三類醫療器械，國家食品藥品監督總局規定對其實行嚴格的生產許可及產品注冊；此類產品需要經過嚴格的臨床試驗過程和審批過程，骨科內植物植入體內必須要有良好的生物相容性而避免體內炎癥的發生。

目前臨床上應用的骨科內植物盡管在植入前及植入過程中經過嚴格的無菌化處理，1％-3％的臨床上內植物植入術后仍會發生內植物周圍感染。目前臨床上的絕大多數生物內固定器械并無抗感染能力；因此使目前的骨科內植物器械具有抗感染能力尤為必要。

技術實現要素：

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

本發明的方法按以下步驟進行：

1、將金屬鈦表面拋光，然后置于無水乙醇中，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水乙醇，待表面干燥后作為鈦基體；

2、將鈦基體作為陽極，采用金屬鉑作為陰極，采用氫氟酸溶液作為電解液，向兩極通電進行電解，電解電壓為20±1v，電解溫度在25±1℃，電解時間為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、通過沉積技術在表面納米管鈦基體上沉積羥基磷灰石，沉積時間為1～48小時；涂層厚度在20～1000微米，之后經過干燥，獲得表面具有活性涂層的鈦金屬骨科內植物；

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

上述方法中，氫氟酸溶液的質量濃度為0.5～1％。

上述的抗生素種類為萬古霉素和/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，長度0.5～10微米。

本發明首先通過陽極氧化技術使得鈦金屬表面形成納米管形貌后，之后再通過二次沉積技術在納米管中沉積骨活性物質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，羥基磷灰石/抗生素復合涂層既具有生物活性又具有抗菌性能的雙重功能，在制備抗菌骨科內植物方面具有廣闊的應用前景。

本發明的方法制備的表面具有抗菌生物復合涂層的鈦金屬骨科內植物，具有良好的抗菌性能及生物活性；所選材料具有來源廣，價格低的優勢。

附圖說明

圖1為本發明實施例1中的電解裝置結構示意圖；圖中，1、陶瓷蓋板，2、帶夾套的反應容器，3、氫氟酸溶液，4、攪拌棒，5、陰極(金屬鉑)，6、陽極(鈦基體)；

圖2本發明的鈦基體表面的納米管形成原理示意圖；

圖3本發明的鈦金屬骨科內植物表面抗菌生物復合涂層的制備方法流程示意圖；

圖4本發明實施例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植物和表面具有抗菌生物復合涂層的鈦金屬骨科內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植物，c為表面具有抗菌生物復合涂層的鈦金屬骨科內植物，羥基磷灰石將鈦納米管表面徹底覆蓋；

圖5為本發明實施例1制備的表面具有活性涂層的鈦金屬骨科內植物的xrd圖；

圖6為本發明實施例1和2中的鈦納米管/羥基磷灰石復合涂層、鈦納米管/羥基磷灰石/萬古霉素復合涂層和鈦納米管/羥基磷灰石/慶大霉素復合涂層抗菌試驗效果sem圖；圖中，a鈦納米管/羥基磷灰石復合涂層上大量葡萄球菌生長；b鈦納米管/羥基磷灰石/萬古霉素復合涂層上葡萄球菌凋亡；c鈦納米管/羥基磷灰石/慶大霉素復合涂層上金黃色葡萄球菌死亡。

具體實施方式

本發明實施例中蒸餾水沖洗步驟至少進行3次。

本發明實施例中表面干燥時在室溫條件下自然風干。

本發明實施例中的金屬鈦和金屬鉑為市購產品。

本發明實施例中的萬古霉素和慶大霉素為市購產品。

本發明實施例中的羥基磷灰石為市購產品。

本發明實施例中進行抗菌試驗采用金黃色葡萄球菌，為市購產品。

本發明實施例中，進行抗菌試驗的步驟為：將待測樣品試驗前采用24小時環氧乙烷消毒；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，放入細菌孵箱培養24小時；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，關鍵點干燥(co2臨界點干燥)，噴金；通過掃描電鏡(sem)觀察細胞生長情況，由圖可見，鈦納米管/羥基磷灰石/抗生素(萬古霉素，慶大霉素)與普通鈦金屬相比較大大降低了細菌的粘附，有著良好地抗菌性能；實施例1和2中的鈦納米管/羥基磷灰石復合涂層、鈦納米管/羥基磷灰石/萬古霉素復合涂層和鈦納米管/羥基磷灰石/慶大霉素復合涂層抗菌試驗效果如圖6所示。

本發明實施例中的金屬鈦純度≥99.99％，金屬鉑純度≥99.99％。

實施例1

將金屬鈦表面拋光，然后置于無水乙醇中，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水乙醇，待表面干燥后作為鈦基體；

采用的電解裝置結構如圖1所示，將鈦基體作為陽極，采用金屬鉑作為陰極，采用氫氟酸溶液作為電解液，向兩極通電進行電解，電解電壓為20±1v，電解溫度在25±1℃，電解時間為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；氫氟酸溶液的質量濃度為0.5％；鈦基體表面的納米管的管徑20～40納米，長度0.5～4微米；形成原理如圖2所示，

通過沉積技術在表面納米管鈦基體上沉積羥基磷灰石，沉積時間為1小時；涂層厚度在20微米，經過干燥去除水分，獲得表面具有活性涂層的鈦金屬骨科內植物；

使用蒸餾水配置105微克/毫升的抗生素原液，抗生素種類為萬古霉素，通過逐步滴加的方式在納米管表面形成羥基磷灰石/抗生素復合涂層；抗生素的含量在100微克/cm²；獲得表面具有抗菌生物復合涂層的鈦金屬骨科內植物；流程如圖2所示，各階段產品電鏡掃描結果如圖4所示，沉積羥基磷灰石的xrd觀測結果如圖5所示。

實施例2

方法同實施例1，不同點在于：

(1)在超聲波條件下放置8min

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

(3)沉積時間為6小時，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。

實施例3

方法同實施例1，不同點在于：

(1)在超聲波條件下放置10min

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

(3)沉積時間為24小時，涂層厚度在600微米

(4)抗生素原液濃度110微克/毫升，抗生素種類為萬古霉素和慶大霉素，抗生素的含量在400微克/cm²。

實施例4

方法同實施例1，不同點在于：

(1)在超聲波條件下放置12min

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

(3)沉積時間為48小時，涂層厚度在1000微米

(4)抗生素原液濃度120微克/毫升，抗生素種類為萬古霉素和慶大霉素，抗生素的含量在500微克/cm²。