本发明专利技术公开了一种具有抗菌抗凝血抗平滑肌增生的心血管医疗器械表面Ti‑Cu‑N涂层的制备方法；涂层中Cu的掺杂量为4‑50at％，厚度为0.02微米；采用在真空中形成Cu、Ti、N离子和原子的方法在心血管医疗器械表面制备Ti‑Cu‑N涂层，心血管医疗器械为金属及合金或者高聚物中的一种；可以采用磁控溅射方法制备涂层，其溅射靶材为Ti‑Cu镶嵌靶、Ti和Cu双靶、Ti‑Cu合金靶中的一种。也可以采用金属阴极弧源沉积的方法制备涂层，其金属阴极靶材为Ti‑Cu镶嵌靶、Ti‑Cu合金靶中的一种。本发明专利技术制备的Ti‑Cu‑N涂层释放Cu离子及催化释放NO，具有抗菌、抗凝血和抗平滑肌增生的作用；用于心血管医疗器械可解决医疗器械和人工器官植入后的细菌感染、血栓形成、再狭窄增生的问题。
Preparation of Ti-Cu-N Coating on Cardiovascular Medical Devices with Antibacterial, Anticoagulant and Anti-smooth Muscle Proliferation
【技术实现步骤摘要】
具有抗菌抗凝血抗平滑肌增生的心血管医疗器械表面Ti-Cu-N涂层的制备方法
本专利技术涉及生物医用材料
，具体涉及一种用于心血管医疗器械表面的Ti-Cu-N涂层、制备方法及其应用。
技术介绍
316L不锈钢、医用钴合金、超高分子量聚乙烯、涤纶等材料具有较好的力学性能和生物相容性，常用于制备血管支架、人工心瓣、人工血泵等植入性的医疗器械和人工器官；然而，这些植入物在病患体内容易引起细菌感染[黄云超、杨凯云、雷玉洁、赵光强、李晓明、高佳，人工瓣膜材料细菌黏附与细菌生长的关系，中国组织工程研究与临床康复，2008，12(39)，7777]，并且其抗凝血性能不能满足临床要求[张明华、郑海燕，抗凝血生物材料的血液相容性，中国组织工程研究，2013，17(8)，1505]；此外，316L不锈钢、医用钴合金等材料制备的血管支架植入后容易产生平滑肌增生，容易导致如血管支架植入后的再狭窄[刘章起、李春亮，血管支架材料表面改性与血管内膜的增生，中国组织工程研究与临床康复，2010，14(25)，4721]；细菌感染、晚期血栓和平滑肌增生容易导致植入失败,增加了医疗器械和人工器官植入的风险。铜(Cu)是人体必需的微量金属元素之一，含Cu材料具有良好的生物相容性，Cu及其合金制备的宫内避孕器在临床上已有广泛地应用；大量研究证明，Cu不但具有一定的抗菌性能，而且一定浓度的Cu离子还具有促进内皮细胞增殖和提高机体血管生成的能力，从而增强受损机体组织的自我修复功能[C.Gérard,L.J.Bordeleau,J.Barralet,C.J.Doillona,Biomaterials.2010,31,824；Hu,G.F.Cell.Biochem.1998,69,326]；另外，Cu离子能够催化血液中的一氧化氮(NO)供体如RSNO等释放一氧化氮[HRen,J.F.Wu,CW.Xi,N.Lehnert,TMajor,R.H.Bartlett,M.E.Meyerhoff,ACSAppl.Mater.Interfaces.2014,6：3779]；一氧化氮具有抑制血小板激活与聚集、抑制平滑肌细胞增殖、抑制白细胞粘附等作用[A.deMel,F.Murad,A.M.Seinfeldian,Chem.Rev.2011,111,5742]。目前国内外还未见报道采用物理气相沉积的方法制备的可催化释放NO的Ti-Cu-N涂层，也未见具有抗菌、抗凝血和抗平滑肌增生的多功能性能的Ti-Cu-N涂层。虽然国内外有将Ti-Cu类涂层应用于抗菌、或抗凝血等方面研究的文献，如在文献[H.Wu,X.Zhang,X.He,M.Li,X.Huang,R.Hang,B.Tang,Appl.Surf.Sci.2014,317,614；C.Bergemann,S.Zaatreh,K.Wegner,K.Arndt,A.Podbielski,R.Bader,C.Prinz,U.Lembke,J.B.Nebe,WorldJTransplant2017June24；7(3):193-202]中，研究者采用物理气相沉积方法沉积了Ti-Cu-N涂层，但他们只研究了抗菌性能、成骨细胞相容性，并未涉及到抗凝血性能、抗平滑肌增生、内皮细胞行为等研究；在文献[H.Q.Liu,C.J.Pan,S.J.Zhou,J.F.Li,N.Huang,L.H.Dong,Mater.Sci.Eng.,C.2016,69,1175.]中采用了阴极弧源沉积方法制备Ti-Cu涂层，发现此涂层具有抗凝血和促进内皮细胞的行为，但是未涉及到NO催化释放、抗菌及抗平滑肌增生等性能；专利[名称：原位等离子体涂镀Ti/Cu复合涂层工艺，申请公布号CN102094173A]涉及一种含有Cu、Ti的涂层，但他们采用了磁控溅射技术，先制备Ti涂层再制备Cu涂层，形成Ti/Cu金属复合涂层,此方法应用于聚变堆面对等离子体第一壁材料的复合涂层的制备，并未涉及到医疗器械方面的应用；另一专利[名称：一种医疗器械涂层及其制备方法与含有该涂层的医疗器械，申请公布号CN103007361A]也涉及一种含有Cu、Ti的涂层，但是它属于铜钛金属复合涂层，没有掺杂N形成无机非金属涂层，并且此专利未显示Cu掺杂量，涂层不具有抗菌作用、没有一氧化氮(NO)催化释放，并且这种涂层抑制了内皮化过程，只适用于短期植入的具有纤细的镍钛合金部件的医疗器械。
技术实现思路
鉴于现有技术的以上不足，本专利技术的目的是将Cu引入具有良好生物相容性和力学性能的Ti-N涂层体系中，通过改变这些涂层的成分和结构，可控释放Cu离子及催化释放NO，达到抗菌、抗凝血和抗平滑肌增生的目的，以解决医疗器械和人工器官植入后的细菌感染、血栓形成、再狭窄增生等问题。本专利技术采用的技术方案是：一种具有抗菌抗凝血抗平滑肌增生的心血管医疗器械表面Ti-Cu-N涂层的制备方法，在真空中形成Cu、Ti、N离子和原子的方法在心血管医疗器械表面制备Ti-Cu-N涂层，涂层中Cu的掺杂量为4-50at％；所述在真空中形成Cu、Ti、N离子和原子的方法包括磁控溅射法和金属阴极弧源沉积法；靶材选择Ti-Cu镶嵌靶、Ti和Cu双靶、Ti-Cu合金靶中的一种。进一步的，采用磁控溅射，包括以下步骤：A、将心血管植入器械放入磁控溅射设备的真空室中，真空室抽真空至0.5×10-3Pa–2.0×10-3Pa；向真空室内通入氩气直至压力为0.5Pa-2.0Pa，通过辉光放电形成等离子体，对工件以及溅射靶分别进行溅射清洗5-100分钟，然后关闭氩气及电源；B、在工件上施加-50V偏压，氮气和氩气通入比例为2/60-16/60，气压为0.05-2.0Pa；在靶上接直流电源并打开，调节靶上的功率密度约为0.5-10w/cm2，在心血管植入器械表面制得目标产物Ti-Cu-N涂层。所述靶材为Ti-Cu镶嵌靶时，靶中Cu/(Cu+Ti)的面积比为0.5-30％，靶材上功率密度为0.5-4.5w/cm2；所述靶材为Ti-Cu合金靶时，Ti-Cu合金靶中Cu的含量为0.5-30at％阴极靶功率密度为1.2-10w/cm2；所述溅射靶材为Ti和Cu双靶时，分别在Ti靶和Cu靶上加高功率和直流溅射电源；Ti靶的功率密度为4.0-10w/cm2；Cu靶的平均功率密度为0.5-6w/cm2。进一步地，采用阴极弧源时，制备过程分为两步进行以获得Cu的掺杂量为15at％的Ti-Cu-N涂层：A、真空室抽真空至2×10-3Pa；向真空室内通入氩气直至压力2.0Pa，施加-1000V的直流电压，辉光放电形成等离子体，对心血管植入器械进行溅射清洗10-100分钟，然后关闭直流电源；调节氩气压力为0.5Pa,在溅射靶Cu靶和Ti靶上分别加直流溅射电源，溅射电流3A，形成辉光放电后产生等离子体，清洗靶材5-30分钟，然后关闭氩气及电源；B、在工件上施加-50V的偏压，通入氩气和氮气，调节氮气和氩气比例为10/60；采用阴极弧源沉积方法制备Ti-Cu-N涂层，阴极靶采用Ti-Cu镶嵌靶，靶中Cu/(Cu+Ti)的面积比例为10％；Ti-Cu镶嵌靶接直流电源，其功率密度约为4w/cm2。采用本专利技术的方案，有益效果是明显的：本专利技术制备的Ti-Cu-N涂层释放Cu本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种具有抗菌抗凝血抗平滑肌增生的心血管医疗器械表面Ti‑Cu‑N涂层的制备方法，其特征在于，在真空中形成Cu、Ti、N离子和原子的方法在心血管医疗器械表面制备Ti‑Cu‑N涂层，涂层中Cu的掺杂量为4‑50at％；所述在真空中形成Cu、Ti、N离子和原子的方法包括磁控溅射法和金属阴极弧源沉积法；靶材选择Ti‑Cu镶嵌靶、Ti和Cu双靶、Ti‑Cu合金靶中的一种。
【技术特征摘要】
1.一种具有抗菌抗凝血抗平滑肌增生的心血管医疗器械表面Ti-Cu-N涂层的制备方法，其特征在于，在真空中形成Cu、Ti、N离子和原子的方法在心血管医疗器械表面制备Ti-Cu-N涂层，涂层中Cu的掺杂量为4-50at％；所述在真空中形成Cu、Ti、N离子和原子的方法包括磁控溅射法和金属阴极弧源沉积法；靶材选择Ti-Cu镶嵌靶、Ti和Cu双靶、Ti-Cu合金靶中的一种。2.根据权利要求1所述的具有抗菌抗凝血抗平滑肌增生的心血管医疗器械表面Ti-Cu-N涂层的制备方法，其特征在于，采用磁控溅射；包括以下步骤：A、将心血管植入器械放入磁控溅射设备的真空室中，真空室抽真空至0.5×10-3Pa–2.0×10-3Pa；向真空室内通入氩气直至压力为0.5Pa-2.0Pa，通过辉光放电形成等离子体，对工件以及溅射靶分别进行溅射清洗5-100分钟，然后关闭氩气及电源；B、在工件上施加-50V偏压，氮气和氩气通入比例为2/60-16/60，气压为0.05-2.0Pa；在靶上接直流电源并打开，调节靶上的功率密度约为0.5-10w/cm2，在心血管植入器械表面制得Cu掺杂量为5-50at％的目标产物Ti-Cu-N涂层。3.根据权利要求2所述的具有抗菌抗凝血抗平滑肌增生的心血管医疗器械表面Ti-Cu-N涂层的制备方法，其特征在于，所述靶材为Ti-Cu镶嵌靶时，靶中Cu...
【专利技术属性】
技术研发人员：景凤娟，黄斌，邓乔元，任倩，覃利娜，谢东，冷永祥，黄楠，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：四川,51
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