一种具有抑菌性能的生物活性表面的制备方法技术

技术编号:21151288 阅读:37 留言:0更新日期:2019-05-22 04:55
发明专利技术为采用一步微弧氧化技术在钛表面制备不同形貌和粗糙度的羟基磷灰石(HA)层,而后通过浸泡‑干燥法装载CS层,涉及纯钛作为基底、成分为钙磷的电解液在基底表面制得TiO2/HA复合层,及(壳聚糖)CS;TiO2/HA/CS复合层的制备方法是通过改变微弧氧化的电压,采用一步微弧氧化技术,制备出表面形貌和粗糙度不同的TiO2/HA复合层,进而采用浸泡‑干燥的方法装载CS,制备出不同CS装载量的TiO2/HA/CS复合层,克服了传统方法的HA颗粒易团聚与分散不均匀、结晶性差的问题,可控性差的问题,以及工艺流程时间长、效率低的问题。

A Method for Preparing Bioactive Surface with Bacteriostatic Properties

The invention is to prepare hydroxyapatite (HA) layer with different morphology and roughness on titanium surface by one-step micro-arc oxidation technology, and then to load CS layer by immersion and drying method. It involves preparing titanium/HA composite layer and chitosan CS on the base surface by using pure titanium as the base and calcium-phosphorus electrolyte as the component. The preparation method of titanium/HA/CS composite layer is through changing the voltage of micro-arc oxidation. Titanium dioxide/HA composite coatings with different surface morphology and roughness were prepared by one-step micro-arc oxidation technology. Then CS was loaded by soaking and drying method, and the titanium dioxide/HA/CS composite coatings with different CS loading amount were prepared. The problems of easy agglomeration and dispersion of HA particles, poor crystallinity, poor controllability, long process time and low efficiency were overcome by traditional method. Question.

【技术实现步骤摘要】
一种具有抑菌性能的生物活性表面的制备方法
本专利技术的技术方案涉及生物材料领域,具体的是一种钛基生物材料表面改性方法。
技术介绍
随着社会经济的发展以及人们生活水平的提高,人类逐渐进入老龄化阶段,患有关节疾病和骨骼疾病的人数逐渐增多,这使得对硬组织修复或替换材料的需求逐渐增加。作为生物医用金属材料,钛及钛合金具有无毒、比强度高、生物相容性好等一系列优点,在医学临床上得到广泛的应用。钛及钛合金广泛应用于承重部位骨缺损的修复和重建。但是钛及钛合金属于生物惰性材料,缺少诱导骨细胞生长的能力,植入人体后与骨骼之间只能形成简单的机械嵌合,容易造成植入体的松动甚至脱落。因此,目前临床上广泛使用的是载有羟基磷灰石(Hydroxyapatite,HA)涂层的Ti植入体(ZhongZ,QinJ,MaJ.Electrophoreticdepositionofbiomimeticzincsubstitutedhydroxyapatitecoatingswithchitosanandcarbonnanotubesontitanium[J].CeramicsInternational,2015,41(7):8878-8884;SunL,BerndtCC,GrossKA,etal.Materialfundamentalsandclinicalperformanceofplasma-sprayedhydroxyapatitecoatings:areview[J].JournalofBiomedicalMaterialsResearch,2001,58(5):570-92)。羟基磷灰石是人体骨组织的主要无机组成部分,具有良好的生物学性能。植入人体后能在短时间内与人体的软硬组织紧密结合,因而HA已被广泛应用为骨组织修复与替换材料。但是,HA的力学性能特别是冲击韧性差,还不具备作为理想骨替代材料的能力,因此必须通过与其它材料如钛材料结合来提高其使用性能,成为目前研究的热点(孟德营,刘金华,姜丽娜.羟基磷灰石/壳聚糖生物复合材料研究进展.齐鲁工业大学学报,2009,23(1):33-37)。若在钛基体表层先制备出二氧化钛(TiO2)层,再在其表面上制备HA层,则TiO2作为过渡层,可以在一定程度上提高HA层与钛基体之间的结合力(E.Mohseni,E.Zalnezhad,A.R.Bushroa.ComparativeinvestigationontheadhesionofhydroxyapatitecoatingonTi–6Al–4Vimplant:Areviewpaper.InternationalJournalofAdhesionandAdhesives,2014,48:238-257),并且TiO2使得基体的耐腐蚀性得到增强(李兆峰,廖志谦,匡蒙生,等.Ti-6Al-2Zr-1Mo-3Nb合金微弧氧化陶瓷膜的结构与性能.稀有金属材料与工程,2011,40(1):40-44)。HA层的制备虽然在一定程度上改善了植入体的生物活性,但植入体不具备抗菌能力。植入人体后,植入体引发的术后感染也高达20%以上,感染严重时甚至会造成患者截肢、死亡的危险,大大增加了患者的痛苦和负担,所以,通过对Ti植入体进行表面处理,使其兼具良好的生物活性和抗菌性能是目前对Ti植入体进行表面改性的研究重点。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是:提供通过一步微弧氧化技术在钛表面制备TiO2/HA复合层的方法,并通过浸提-干燥的方法在TiO2/HA复合层上装载壳聚糖(CS),制备出具有高CS装载量及低表面形貌遮盖度的TiO2/HA/CS复合层,使其具有明显抑菌性的同时仍能保持优异的生物学性能。具体步骤如下:第一步,配制电解液:将用量为0.2mol/L的Ca(CH3COO)2·H2O和0.1mol/L的NaH2PO4·2H2O溶于去离子水中,40℃下搅拌20min,静置30min后,室温下搅拌20min后静置,而后重复升温搅拌和室温搅拌步骤至溶液浊度均匀。第二步,微弧氧化制备TiO2/HA复合层:将钛件置于阳极,打开微弧氧化电源,缓慢升压,使微弧氧化电压升至360V~400V,然后反应3min,反应期间,进行实施透光检测,当溶液出现浊度分层时,启动搅拌,分层消失即停止搅拌,反应时间后,将电压缓慢降到零,关闭电源,用去离子水清洗试样表面,室温干燥;第三步,浸提-干燥法制备TiO2/HA/CS复合层:将第二步制得的TiO2/HA复合层浸泡在CS浓度为10g/L的2%的乙酸溶液中3min,然后提拉出来,再浸入去离子水中5s,在60℃烘箱中干燥24h,制备出TiO2/HA/CS复合层。上述步骤二中,还不需要实时检测钛件附近区域的pH,并用0.01mol/L的氢氧化钠溶液调节,保证pH值不小于7。上述步骤三中,提拉速度为2~5cm/s。本专利技术的有益效果如下:(1)现有的通过微弧氧化法在纯钛表面生成的HA多为多孔状或不规则块状,这些方法生成的HA层比表面积小,粗糙度和亲水性也有待提高。本专利技术在原来钙磷电解液的基础上,通过提高电解液浓度使之达到50g/L以上,同时Ca/P并未采用羟基磷灰石中钙磷的比例1.67,而是提高到了2,使HA在阳极钛的形成具有充足的钙磷离子、动力学和热力学条件,并最终形成了花瓣状HA,由于微弧氧化的电击穿作用,氧化层表面亦可保持多孔状形貌。(2)本专利技术制备出的花瓣状HA表面与多孔状表面相比具有更高的粗糙度,使CS的装载量提高。(3)本专利技术通过将不同形貌的HA浸入10g/L的壳聚糖2%乙酸溶液,再在60℃烘箱中干燥24小时,形成分布均匀的HA/CS复合层,克服了制备HA/CS复合层传统的溶液共混法、共沉淀法的HA颗粒易团聚与分散不均匀的问题,交替沉积法HA结晶性差的问题,以及模拟体液矿化法、原位沉析法和仿生法等的时间长、效率低的问题,通过微弧氧化法首先在钛基底上制备HA,可控性强且HA结晶性较好,再通过浸提-干燥的方法装载CS,形成的膜层分布均匀,操作简单。整个工艺流程简便易实施、可控性强,且所用时间短、效率高。(4)本专利技术采用的保持浊度的电解液,能够稳定电解液中钙磷离子浓度,减少因反应消耗造成的离子浓度的下降,使得反应制备的花瓣状HA更加完整。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。图1为本专利技术实施例1、2、3制得的不同形貌的TiO2/HA复合层及其负载CS后的SEM图。图2为本专利技术实施例1、2、3制得的不同形貌的TiO2/HA复合层及实施例1制得的TiO2/HA复合层的XRD谱图。图3为本专利技术实施例1、2、3制得的不同形貌的TiO2/HA复合层的三维轮廓图。图4为本专利技术实施例1、2、3制得的不同形貌的TiO2/HA复合层的二维粗糙度图。图5为本专利技术实施例3制得的HA与HA/CS复合层,及纯CS的FT-IR谱图。图6为本专利技术实施例1、2、3制得的不同HA/CS复合层的比浊度曲线。图7为本专利技术实施例1、2、3制得的不同HA/CS复合层的菌落数柱状图。具体实施方式实施例1第一步,配制电解液:将0.02mol(Ca(CH3COO)2·H2O)和0.01mol的(NaH2PO4·2H2O)溶于100ml去离子水中,40℃下搅拌20min,静置30m本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种具有抑菌性能的生物活性表面的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:第一步,配制电解液:将用量为0.2mol/L的Ca(CH3COO)2·H2O和0.1 mol/L的NaH2PO4·2H2O溶于去离子水中,40℃下搅拌20min,静置30min后,室温下搅拌20min后静置,而后重复升温搅拌和室温搅拌步骤至溶液浊度均匀;第二步,微弧氧化制备TiO2/HA复合层:将钛件置于阳极,打开微弧氧化电源,缓慢升压,使微弧氧化电压升至360V~400V,然后反应3min,反应期间,进行实施透光检测,当溶液出现浊度分层时,启动搅拌,分层消失即停止搅拌,反应时间后,将电压缓慢降到零,关闭电源,用去离子水清洗试样表面,室温干燥;第三步,浸提‑干燥法制备TiO2/HA/CS复合层:将第二步制得的TiO2/HA复合层浸泡在CS浓度为10g/L的2%的乙酸溶液中3min,然后提拉出来,再浸入去离子水中5s,在60℃烘箱中干燥24h,制备出TiO2/HA/CS复合层。

【技术特征摘要】
1.一种具有抑菌性能的生物活性表面的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:第一步,配制电解液:将用量为0.2mol/L的Ca(CH3COO)2·H2O和0.1mol/L的NaH2PO4·2H2O溶于去离子水中,40℃下搅拌20min,静置30min后,室温下搅拌20min后静置,而后重复升温搅拌和室温搅拌步骤至溶液浊度均匀;第二步,微弧氧化制备TiO2/HA复合层:将钛件置于阳极,打开微弧氧化电源,缓慢升压,使微弧氧化电压升至360V~400V,然后反应3min,反应期间,进行实施透光检测,当溶液出现浊度分层时,启动搅拌,分层消失即停止搅拌,反...

【专利技术属性】
技术研发人员:李宝娥王晓琳刘世敏李海鹏梁春永王洪水
申请(专利权)人:河北工业大学
类型:发明
国别省市:天津,12

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