一种抗氧化生物涂层及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种抗氧化生物涂层及其制备方法，将二氧化铈粉体通过离子体喷涂技术形成于作为医用金属或医用合金材料的基材的表面作为所述生物涂层以提高基材的生物抗氧化性能。本发明专利技术采用等离子体喷涂技术制备二氧化铈涂层，获得抗氧化功能的生物涂层，为提高生物涂层的抗氧化功能提供一种行之有效的解决方案。本发明专利技术的涂层不仅具有优良的生物相容性，而且具有抗氧化性。本发明专利技术的生物涂层对氧化应激状态下成骨细胞增殖具有明显的保护作用，能够减少活性氧自由基对成骨细胞增殖的不利影响。

Antioxidant biological coating and preparation method thereof

The invention relates to a biological coating and a preparation method thereof, two cerium oxide powder by plasma spraying technology is formed on the surface of the substrate as a medical or medical metal alloy material as the coating to improve the biological antioxidant properties of substrates. The invention uses plasma spraying technology to prepare the two cerium oxide coating and obtains biological coating with antioxidation function, and provides an effective solution for improving the antioxidation function of the biological coating. The coating of the invention not only has good biocompatibility, but also has oxidation resistance. The biological coating of the invention has obvious protective effect on osteoblast proliferation under oxidative stress, and can reduce the adverse effect of the active oxygen free radical on the proliferation of osteoblasts.

【技术实现步骤摘要】
一种抗氧化生物涂层及其制备方法
本专利技术涉及一种抗氧化生物涂层及其制备方法，具体说，是涉及一种采用等离子体喷涂技术在纯钛、钛合金等金属基材表面制备二氧化铈涂层方法。
技术介绍
随着人口老龄化，骨质疏松症的发病率以及随之而来的骨折并发症逐年提高。骨质疏松患者骨折创伤处的环境中含有浓度较高的炎症因子和活性氧自由基，同时因术后患者机体内部抗氧化防御能力的下降，导致氧化能力超过抗氧化能力，最终发生氧化应激。氧化应激是由于机体内活性氧自由基过剩而引起的氧化还原系统失衡，可导致组织损伤。越来越多的证据表明，氧化应激能够提高破骨细胞活性、抑制成骨细胞分化与矿化作用，不利于骨愈合。因此，研制可纠正骨质疏松性骨折部位内部环境(如氧化应激状态)的骨植入涂层材料，对于促进骨修复并改善骨质量具有重要临床意义。二氧化铈因其优异的催化活性而一直备受关注。它的催化性质来源于表面铈离子可以快速地进行Ce3+和Ce4+转变，能够根据环境很容易地接受或失去电子。铈离子混合价态的共存赋予了二氧化铈生物抗氧化性，使得其能够催化分解生物体内的过量活性氧自由基,从而为治疗氧化应激类疾病提供了一种可能。
技术实现思路
本专利技术为了解决上述现有技术中所存在的缺陷问题，提供一种具良好抗氧化功能的生物涂层及其制备方法。本专利技术的目的在于提供一种抗氧化生物涂层，将二氧化铈粉体通过离子体喷涂技术形成于作为医用金属或医用合金材料的基材的表面作为所述生物涂层以提高基材的生物抗氧化性能。本专利技术采用等离子体喷涂技术制备二氧化铈涂层，获得抗氧化功能的生物涂层，为提高生物涂层的抗氧化功能提供一种行之有效的解决方案。本专利技术的涂层不仅具有优良的生物相容性，而且具有抗氧化性。本专利技术的生物涂层对氧化应激状态下成骨细胞增殖具有明显的保护作用，能够减少活性氧自由基对成骨细胞增殖的不利影响。较佳地，所述二氧化铈粉体是由粒径为10～200微米，更优选地60～150微米的颗粒组成，该尺寸范围内的颗粒有足够的流动性,有利于沉积在基体表面，提高涂层的结合强度。较佳地，所述基材采用包括纯钛、钛合金、不锈钢或钴铬钼(CoCrMo)合金的医用金属或医用合金材料。这样的材料可以提供较好的强度、韧性和优良的加工性能。较佳地，所述生物涂层的厚度为几十微米～几百微米。如果涂层厚度太薄，那么在较短的时期内涂层会完全降解，从而无法实现涂层与骨组织的完全结合；如果涂层厚度太厚，那么涂层与基材的结合强度会明显降低，会发生涂层从基材表面剥落的风险。较佳地，等离子体喷涂工艺参数为：等离子体气体Ar流量为32～50slpm；等离子体气体H2流量为5～18slpm；粉末载气Ar流量为1.5～5slpm；喷涂距离为100～330mm；喷涂功率为30～55kW；送粉速率为8.0～30g/分钟。所述的slpm是指标准升/分钟。选择合适的工艺条件，可以提高涂层与基材的结合强度，使涂层表面具有微米级的粗糙表面。较佳地，所述二氧化铈粉体为经烧结破碎后的二氧化铈粉体。烧结破碎后粉体流动性提高，避免了喷涂过程中堵粉现象的发生，这样有利于提高喷涂效率和增强涂层内聚力。本专利技术中，二氧化铈粉体的烧结破碎包括：a.按照10～50g：1～5ml的固液比将二氧化铈与粘结剂混合研磨至粒度均匀的干粉，将干粉压制成型，得到成型块体，其中，所述粘结剂为聚乙烯醇或聚氨酯；b.将成型块体于600～1300℃烧结1～3小时，烧结后块体经研磨、过筛、烘干，得到二氧化铈粉体。优选地所述粉体粒径10～200微米。本专利技术的目的还在于提供一种制备所述的抗氧化生物涂层的方法，即将二氧化铈粉体通过离子体喷涂技术形成于作为医用金属或医用合金材料的基材的表面。本专利技术的涂层不仅具有优良的生物相容性，而且具有抗氧化性，可有效减小骨质疏松症中氧化应激对骨组织的损伤，促进了骨组织的修复与替代材料领域的发展；且本专利技术的制备方法具有操作简单、效率高、可重复性好、适合规模化生产等优点。附图说明图1是本专利技术实施例1的二氧化铈粉体和相应生物涂层的XRD图谱，其中，a是本专利技术实施例1的粉体的XRD图谱，b是本专利技术实施例1的生物涂层的XRD图谱；图2是实施例1二氧化铈涂层的扫描电镜照片；图3是实施例1二氧化铈涂层消耗双氧水溶液的能力；图4是实施例1二氧化铈涂层对双氧水溶液模拟的氧化应激状态下细胞增殖的保护作用；图5是实施例2二氧化铈涂层的扫描电镜照片；图6是实施例2二氧化铈涂层消耗双氧水溶液的能力；图7是实施例2二氧化铈涂层对双氧水溶液模拟的氧化应激状态下细胞增殖的保护作用。具体实施方式以下结合附图和下述实施方式进一步说明本专利技术，应理解，下述实施方式仅用于说明本专利技术，而非限制本专利技术。本专利技术提供了一种抗氧化生物涂层及其制备方法，其中，所述涂层形成于纯钛、钛合金、不锈钢或CoCrMo合金等基材的表面，为二氧化铈涂层。本专利技术是采用等离子体喷涂工艺，将二氧化铈粉体喷涂到预处理后的基材表面制得所述的涂层。所述的粉体是由粒径为10～200微米的颗粒组成。所述抗氧化生物涂层的厚度为几十微米～几百微米。本专利技术提供的抗氧化生物涂层的制备方法，是采用等离子体喷涂工艺，将粉体喷涂在预处理后的金属或合金基材表面。等离子体喷涂工艺的条件如下：等离子体气体Ar流量为32～50slpm；等离子体气体H2流量为5～18slpm；粉末载气Ar流量为1.5～5slpm；喷涂距离为100～330mm；喷涂功率为30～55kW；送粉速率为8.0～30g·min-1；所述的slpm是指标准升/分钟。采用等离子体喷涂工艺具有涂层沉积效率高、涂层厚度可控、可制备不同形状涂层和便于产业化的优点。由于超细粉末单个粒子质量太小、表面积大，没有足够的流动性，不利于沉积在基体表面，不能直接用来进行喷涂，须处理成10～200微米的大颗粒粉末。作为一个示例，所述二氧化铈粉体可通过烧结破碎法得到，具体包括以下步骤：a.按照10～50g：1～5ml的固液比将二氧化铈(粒径<10微米)与粘结剂混合研磨至粒度均匀的干粉，将干粉压制成型，得到成型块体，其中，所述粘结剂为聚乙烯醇或聚氨酯；b.将成型块体于600～1300℃排胶并烧结1～3小时，烧结后块体经研磨、过80目筛、80～120℃烘干，得到二氧化铈粉体，粉体粒径10～200微米。基材可选用纯钛、钛合金、不锈钢或CoCrMo合金，这样的材料可以提供较好的强度、韧性和优良的加工性能。基材的表面处理可以是包括将基材表面进行喷砂处理的步骤，具体是指将基材表面经喷砂或砂纸打磨处理后，经超声清洗、干燥而得。作为一个示例，例如基材的表面处理包括将基材表面进行喷砂处理后，在无水乙醇溶液中超声，之后在80～120℃下干燥的过程。所述喷砂处理的压强优选为0.1～0.8Mpa。这样，可以提高涂层与基体的结合强度。本专利技术的优点是：本专利技术的涂层不仅具有优良的生物相容性，而且具有抗氧化性，可有效减小骨质疏松症中氧化应激对骨组织的损伤，促进了骨组织的修复与替代材料领域的发展；并且，本专利技术的制备方法具有操作简单、效率高、可重复性好、适合规模化生产等优点。下面进一步例举实施例以详细说明本专利技术。同样应理解，以下实施例只用于对本专利技术进行进一步说明，不能理解为对本专利技术保护范围的限制，本领域的技术人员根据本专利技术的上述内容作出的一些非本质本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种抗氧化生物涂层，其特征在于，将二氧化铈粉体通过离子体喷涂技术形成于作为医用金属或医用合金材料的基材的表面作为所述生物涂层以提高基材的生物抗氧化性能。

【技术特征摘要】
1.一种抗氧化生物涂层，其特征在于，将二氧化铈粉体通过离子体喷涂技术形成于作为医用金属或医用合金材料的基材的表面作为所述生物涂层以提高基材的生物抗氧化性能。2.根据权利要求1所述生物涂层，其特征在于，所述二氧化铈粉体是由粒径为10～200微米的颗粒组成。3.根据权利要求1或2所述生物涂层，其特征在于，所述基材采用包括纯钛、钛合金、不锈钢或钴铬钼合金的医用金属或医用合金材料。4.根据权利要求1至3中任一项所述生物涂层，其特征在于，所述生物涂层的厚度为几十微米～几百微米。5.根据权利要求1至4中任一项所述的生物涂层，其特征在于，等离子体喷涂工艺参数为：等离子体气体Ar流量为32～50slpm；等离子体气体H2流量为5～...

【专利技术属性】
技术研发人员：李恺，谢有桃，黄利平，郑学斌，
申请(专利权)人：中国科学院上海硅酸盐研究所，
类型：发明
国别省市：上海,31