一种抗菌型氧化钛复合涂层及制备方法技术

本发明专利技术涉及一种抗菌型氧化钛复合涂层及制备方法，其特征在于所述的氧化钛涂层由氧化钛和银粉组成，银粉的质量百分含量为０．１－５％。所述的氧化钛复合涂层由金红石、锐钛矿、银和氧化银四相组成。制备特征是采用氧化钛粉作为涂层的主要成分，金属银粉作为抗菌添加成分；选择医用钛合金作为涂层的基体材料；先将银粉和氧化钛干混均匀，然后采用等离子体喷涂设备方法制备涂层。所述的涂层具有良好的生物活性和抗菌性，可用于骨组织修复与替换。所述的涂层经高能射线（紫外光或Υ射线）照射后浸于模拟体液中能诱导磷灰石在其表面生成，且在涂层表面培养大肠杆菌和金黄色葡萄球菌，细菌的死亡率为１００％。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及，属于医用生物陶瓷涂 层领域。
技术介绍
医用钛合金具有良好的化学稳定性、抗腐蚀性和生物相容性，是目前临床 上广泛采用的骨组织修复与替换材料。据报道，钛合金这些优越性能皆归因于表面存在的氧化膜。但这层氧化钛膜厚度太小(约为5nm)， 一旦被体液腐蚀后， 内部裸露出来的钛基体将会被加速腐蚀，同时向肌体释放大量金属离子，进而 给病体带来灾难性后果。上海硅酸盐所研发的等离子体喷涂氧化钛涂层厚度在200-300|om之 间，与钛基体结合紧密，可弥补天然氧化钛膜的不足。此外，这种氧化钛涂层 经后处理尚可具有良好的生物活性，综合性能优于目前临床上广泛应用的等离 子体喷涂羟基磷灰石涂层，因此，是很有发展前景的骨 组织修复与替换材料。骨替换材料在植入人体进行组织修复与替换时容易引发术后感染，感染率 高达20 % 。术后感染不仅延长伤口的愈合时间，损 害植入物的使用效果，严重时还可造成肢体的伤残与功能障碍，甚至截肢和危 及生命。为了有效地防止感染，在骨植入材料表面加载抗菌剂是一种较为有效 的方法。银是一种最常用的无机抗菌剂，具有高效、安全、广谱抗菌等优点， 被广泛应用于建筑、陶瓷、纤维、塑料、涂料以及医用敷料等领域。但银在预 防和治疗骨科植入物术后感染中的应用还不是很多。为进一步提高氧化钛涂层的性能，本专利技术将银粉与氧化钛粉混合后，采用 等离子体喷涂技术，在钛合金基材上制备出氧化钛/银复合涂层，以期获得具有 良好生物活性和抗菌性的骨科植入材料。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种抗菌型生物活性氧化钛复合涂层及其制备方法。本专利技术首先采用干混方法制备氧化钛和银的混合粉料，然后利用大气等离 子体喷涂技术，将混合的粉料沉积于钛合金基材上，从而制备出具有抗菌性能 的氧化钛/银生物活性复合涂层。本专利技术的具体工艺过程如下按一定比例称取喷雾造粒后的粒径为5 50(im氧化钛粉和粒径为20 100|im银粉，球磨干混1 5小时制成含银量0.1 一5wt。/。的混合粉末。采用大气等离子体喷涂技术，在优化的工艺参数(表l)条件下将混合粉末 沉积于己清洗和喷砂的医用钛合金基体上。钛合金基体的清洗和喷砂是一般等 离子体喷涂过程中常用的的工艺，其工艺参数无需在此详述，本领域的一般技 术人员均能掌握并熟知。喷涂完毕后，分别用无水乙醇和去离子水超声清洗涂 层试样5分钟，然后空气中自然干燥。由于在涂层的沉积过程中，部分银粉会被空中的氧气氧化，制备出的氧化 钛/银复合涂层主要由锐钛矿、金红石、银和氧化银四相组成(图1)。该涂层试 样经高能射线(如紫外光、T射线等)照射后浸于模拟体液中一定时间可诱导磷 灰石在其表面生成(图2)。在涂层表面培养大肠杆菌和金黄色葡萄球菌，细菌 死亡率为100%。这说明，等离子体喷涂的氧化钛/银复合涂层具有良好的生物 活性和抗菌性。表l本专利技术提供的抗菌型氧化钛复合涂层的喷涂参数_等离子体气Ar 35—45 slpm 送粉率 24rad/min等离子体气H2 8—15slpm 喷涂电流 550—650A喷涂距离 8 0—200 mm 喷涂电压 55—75 V送粉气 Ar_3.5 slpm_送粉角度 60—120°_slpm:标准升/分钟附图说明图1等离子体喷涂氧化钛/银复合涂层的XRD图谱。图2 5 wt。/。载银量的氧化钛/银复合涂层经紫外光照射24h后，浸于模拟体 液28天，表面生成类骨磷灰石。图3氧化钛涂层(a)和5 wtM载银量的氧化钛/银复合涂层(b)对大肠杆 菌和金黄色葡萄球菌培养24h后的抗菌率。图4 5 wtn/。载银量的氧化钛/银复合涂层在去离子水中的银离子释放累积图5 5wty。载银量的氧化钛/银复合涂层的体外细胞毒性试验(a)细胞增 殖结果(b)细胞在涂层表面的伸展形貌。图6 1 wtQ/。载银量的氧化钛/银复合涂层对大肠杆菌培养24h后的抗菌率。具体实施例方式下面通过实施例进一步阐明本专利技术的特点和效果。绝非限制本专利技术。 实施例1 :称取190克氧化钛和10克银的粉料，再称取200克直径为3mm、 6mm的 氧化锆球(两种氧化锆球的质量比为1: 1)，装入球磨瓶中，在球磨机上球磨2 个小时，制成含银5wt %的氧化钛粉末。采用大气等离子体喷涂技术，以表2 的喷涂工艺参数，喷涂混合粉末于已清洗和喷砂的Ti-6Al-4V基体上。由此法制 得的氧化钛/银复合涂层经紫外光照射24h后浸于模拟体液28天，表面覆盖一层 类骨磷灰石颗粒。大肠杆菌和金黄色葡萄球菌在氧化钛/银复合涂层表面种植24h 后，细菌死亡率可达100%，而相同条件下制备的氧化钛涂层对细菌生长不具有 抑制、杀灭效果(图3)。研究表明，氧化钛/银复合涂层在缓冲溶液中具有一定 的银离子缓释功能(图4)，这有利于长期维持复合涂层的抗菌有效性。体外细 胞毒性试验表明，氧化钛/银复合涂层未对细胞的粘附增殖造成明显影响(图5)， 即不具备明显细胞毒性。根据国家标准GB 15979-1995《产品抑菌和杀菌性能与 稳定性测试方法》中规定，邻菌率250%可以报告产品有抑菌作用，可知装载5 wt %银的氧化钛/银复合涂层是对大肠杆菌等革兰氏阴性菌和金黄色葡萄球菌等阳 性菌具有良好抗菌效果的生物活性涂层材料。实施例2:称取198克氧化钛和2克银的粉料，再按1:1的比例称取200克直径为3mm、6mm的氧化锆球，装入球磨瓶中，在球磨机上球磨2个小时，制成含银1 wt % 的氧化钛/银混合粉料。采用大气等离子体喷涂技术，以表2的喷涂工艺参数， 喷涂混合粉末于已清洗和喷砂的Ti-6A1-4V基体上。由此法制得的氧化钛/银复 合涂层经T射线消毒处理后，浸泡于模拟体液一定时间也能诱导类骨磷灰石颗粒 沉积。该复合对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抗菌率亦为100%，在试件表面培 养大肠杆菌24h后的菌落照片见图6。体外细胞毒性试验表明，该氧化钛/银复合涂层未对细胞的粘附增殖造成明显影响，即不具备明显细胞毒性。这表明， 装载1 wt^银的氧化钛/银复合涂层亦具有良好的生物活性和抗菌效果。表2本专利技术提供的抗菌型氧化钛复合涂层的喷涂参数<table>table see original document page 6</column></row><table>权利要求1、一种抗菌型氧化钛复合涂层，以医用钛合金为基体材料，其特征在于所述的氧化钛复合涂层，银粉的质量百分含量为0.1—5％。2、 按权利要求1所述的一种抗菌型氧化钛复合涂层其特征在于所述的氧化 钛复合涂层由锐钕矿、金红石、银和氧化银四相组成。3、 一种抗菌型氧化钛复合涂层的制备方法，其特征在于采用氧化钛粉作为 涂层的主要成分，金属银粉作为抗菌添加成份；选择医用钛合金作为涂层的基 体材料；先将氧化钛粉和金属银粉干混均匀，然后采用等离子体喷涂方法制备 涂层。4、 按权利要求3所述的一种抗菌型氧化钛复合涂层的制备方法，其特征在 于所述等离子体喷涂的参数为等离子体发生气选择流量分别介于35-45 slpm和 8-15slpm之间的Ar和H2;送粉气选择流量为2 5 slpm的Ar;喷涂电压为 55-75V;喷涂电流为550-650A;喷涂距离介于80—200mm之间；本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种抗菌型氧化钛复合涂层，以医用钛合金为基体材料，其特征在于所述的氧化钛复合涂层，银粉的质量百分含量为０．１－５％。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李宝娥，刘宣勇，丁传贤，
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：31[中国|上海]