一种具有抗菌性、生物活性的金属/陶瓷纳米复合涂层及其制备方法技术

本发明专利技术为一种具有抗菌性、生物活性的金属/陶瓷纳米复合涂层及其制备方法。一种具有抗菌性、生物活性的金属/陶瓷纳米复合涂层的制备方法，为：采用双阴极等离子溅射沉积技术在工件表面制备TaC/Ag纳米复合涂层；其中，所述的沉积过程中的靶材采用纯度≥99.9％的Ta金属棒、石墨棒和Ag丝。本发明专利技术所述的一种具有抗菌性、生物活性的金属/陶瓷纳米复合涂层及其制备方法，利用双阴极等离子溅射沉积技术，在钛合金工件表面制备具有抗菌性、超亲水、生物活性的金属/陶瓷纳米复合涂层。物活性的金属/陶瓷纳米复合涂层。物活性的金属/陶瓷纳米复合涂层。

【技术实现步骤摘要】
一种具有抗菌性、生物活性的金属/陶瓷纳米复合涂层及其制备方法


[0001]本专利技术属于医疗材料的
，具体涉及一种具有抗菌性、生物活性的金属/陶瓷纳米复合涂层及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着老龄化的加剧和各种事故意外的发生，全球每年需要更换关节的人数达4000
‑
6000万，每年全世界用于硬组织修复和替换的医用材料工业产值为几亿美元，并以较快的速度增长。据不完全统计：我国每年骨损伤患者达300万人，肢残患者达775万人，关节病患者近1亿人，人造关节的年需求量近100万套。因此合成人造骨替代物的临床需求也在迅速增大。
[0003]目前，医学领域常用的骨关节修复材料为钛合金和不锈钢，但是这两类材料本身是不具备抗菌能力的。此类材料表面携带的细菌或真菌引发的伤口感染是导致手术失败的重要原因之一，以及在术后的康复过程中，可能也会产生愈合不良、使用感不佳等现象。因此提高植入材料的抗菌能力，以及术后与人体骨组织的结合能力是医学材料未来发展的重要方向。
[0004]近年来，过渡金属碳化物因其具有高熔点、高硬度、较强的耐磨性和防腐蚀性等特点，被广泛应用于工程材料中，且长时间内金属离子释放率较低。而碳化钽具有化学稳定性好、硬度高、抗氧化及耐腐蚀能力强等诸多优点，也逐渐受到研究者们的关注。碳化钽基本不被人体吸收，不呈现毒性反应，是一种应用潜力巨大的纳米材料。然而，碳化钽涂层的成功应用也有一个缺点，那就是缺乏抗菌性，影响术中及术后的稳定和恢复，严重可能将导致植入失效。
[0005]有鉴于此，本专利技术提出一种新的具有抗菌性、超亲水、生物活性的金属/陶瓷纳米复合涂层，选用银作为抗菌剂，其具有广谱抗菌性和稳定性，可有效杀灭金黄色葡萄杆菌、大肠杆菌、沙门氏菌等骨科植入物相关致病菌，适量的银对人体是无害的。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种具有抗菌性、生物活性的金属/陶瓷纳米复合涂层的制备方法，以双阴极等离子溅射沉积技术为手段，制备具有抗菌性能、超亲水、生物活性的金属/陶瓷双相复合涂层，
[0007]为了实现上述目的，所采用的技术方案为：
[0008]一种具有抗菌性、生物活性的金属/陶瓷纳米复合涂层的制备方法，为：采用双阴极等离子溅射沉积技术在工件表面制备TaC/Ag纳米复合涂层；
[0009]其中，所述的沉积过程中的靶材采用纯度≥99.9％的Ta金属棒、石墨棒和Ag丝。
[0010]进一步的，所述的工件为钛合金。
[0011]进一步的，所述的工件在进行双阴极等离子溅射沉积前，进行打磨、抛光、清洗、处
理。
[0012]进一步的，所述的靶材中Ta、C、Ag的摩尔百分比依次为40
‑
44％、48
‑
52％、4
‑
12％。
[0013]进一步的，所述的双阴极等离子溅射沉积的工艺参数：靶材电压900
‑
950V，工件电压300
‑
350V，极间距4
‑
8mm，Ar气压30
‑
35Pa，沉积温度650
‑
800℃，沉积时间3.0
‑
3.5h。
[0014]再进一步的，所述的双阴极等离子溅射沉积的工艺参数：靶材电压900V，工件电压300V，极间距5mm，Ar气压35Pa，沉积温度750℃，沉积时间3.0h。
[0015]本专利技术的另一个目的在于提供一种具有抗菌性、生物活性的金属/陶瓷纳米复合涂层，采用上述的制备方法制备而成，该涂层厚度为10
‑
18μm，涂层表面具有微米尺寸的柱状结构和超强的亲水性，涂层表面的多孔形貌也大大增加了涂层的表面积，这对于植入材料与人体骨组织间的结合起到了非常重要的作用，有助于骨细胞的生长和增殖，极大的提高了涂层的成骨性能。
[0016]与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：
[0017]1、本专利技术制备的涂层具有特殊的结构，内部致密，表面疏松多孔，并且两相结合紧密，如图1所示，该结构不仅可以保证涂层具有一定的机械性能，也极大地增强了涂层的亲水性能，进而使其生物相容性和成骨性能也得到极大地优化。
[0018]2、本专利技术制备的涂层具有极强的抗菌性能，如图3、图4所示，在接触抗菌实验中，参照无机材料抗菌性能测试方法——国标GB/T 21510
‑
2008标准，使用金黄色葡萄球菌和大肠杆菌在接触1h后的平板计数照片，可以看到经过1h接触培养后，该涂层的抗菌率超过99.9％。
[0019]3、本专利技术制备的涂层具有极高的亲水性，如图2所示，水滴瞬间在涂层表面铺展开，静态接触角约为11
°
。
[0020]4、本专利技术制备的涂层具有良好的成骨性能，如图5，在hank
’
s模拟体液中浸泡7天，即可观察出羟基磷灰石的沉积，且结合良好。
附图说明
[0021]图1为金属/陶瓷纳米复合涂层的电镜扫描图；其中，图(a)为涂层截面形貌图，可以看出涂层内部致密，表面疏松多孔，存在柱状结构；图(b)为涂层表面形貌图，与截面形貌相对应；
[0022]图2为金属/陶瓷纳米复合涂层的静态接触角示意图，接触角约为11
°
，表现出超亲水性能；
[0023]图3为金属/陶瓷纳米复合涂层在接触抗菌实验中，参照无机材料抗菌性能测试方法——国标GB/T 21510
‑
2008标准，使用金黄色葡萄球菌在接触1h后的平板计数照片；其中，图(a)为TaC纳米晶涂层的接触抗菌实验平板计数照片，图(b)为TaC/Ag纳米双相复合涂层的接触抗菌实验平板计数照片；
[0024]图4为金属/陶瓷纳米复合涂层在接触抗菌实验中，参照无机材料抗菌性能测试方法——国标GB/T 21510
‑
2008标准，使用大肠杆菌在接触60分钟后的平板计数照片，其中，图(a)为TaC纳米晶涂层的接触抗菌实验平板计数照片，图(b)为TaC/Ag纳米双相复合涂层的接触抗菌实验平板计数照片。
[0025]图5为金属/陶瓷纳米复合涂层在hank
’
s模拟体液中浸泡7天后，表面沉积羟基磷
灰石的电镜扫面图，沉积较均匀，结合良好，具有优异的成骨性能。
具体实施方式
[0026]为了进一步阐述本专利技术一种具有抗菌性、生物活性的金属/陶瓷纳米复合涂层及其制备方法，达到预期专利技术目的，以下结合较佳实施例，对依据本专利技术提出的一种具有抗菌性、生物活性的金属/陶瓷纳米复合涂层及其制备方法，其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。在下述说明中，不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构或特点可由任何合适形式组合。
[0027]在下面将结合具体的实施例，对本专利技术一种具有抗菌性、生物活性的金属/陶瓷纳米复合涂层及其制备方法做进一步的详细介绍：...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有抗菌性、生物活性的金属/陶瓷纳米复合涂层的制备方法，其特征在于，所述的制备方法为：采用双阴极等离子溅射沉积技术在工件表面制备TaC/Ag纳米复合涂层；其中，所述的沉积过程中的靶材采用纯度≥99.9％的Ta金属棒、石墨棒和Ag丝。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的工件为钛合金。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的工件在进行双阴极等离子溅射沉积前，进行打磨、抛光、清洗、处理。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的靶材中Ta、C、Ag的摩尔百分比依次为40
‑
44％、48
‑
52％、4
‑
12％。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的双阴极等离子溅射沉积的工艺参数：靶材电压900
‑
950V...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐江，李香蓉，常占华，张科龙，李安安，
申请(专利权)人：新疆一和生物有限责任公司，
类型：发明
国别省市：