一种增强生物活性涂层稳定性的方法技术

本发明专利技术提供了一种增强生物活性涂层稳定性的方法，其通过将生物活性涂层填充在具有高度机械稳定性的微结构的方式，实现了对易被破坏脱落、机械性能差的生物活性涂层的保护，避免了生物活性涂层在使用过程中可能会承受的外界冲击、摩擦磨损等严苛作用力，大大增加生物活性涂层在实际应用中的耐久性，所制备的生物活性涂层能够广泛应用于钛金属及其钛合金、医用镁合金、硅和碳/碳复合材料、医用高分子材料等各类基材的制备上，对推动生物材料真正走向实际应用具有重要意义。向实际应用具有重要意义。向实际应用具有重要意义。

【技术实现步骤摘要】
一种增强生物活性涂层稳定性的方法


[0001]本专利技术属于生物活性涂层
，具体涉及一种增强生物活性涂层稳定性的方法。

技术介绍

[0002]在生物材料特别是生物活性涂层领域的研究中，寻找一种既具有优良生物性能又具有良好力学性能的基体材料并以适当的方法制备出表面均匀致密、结合力较高的涂层是限制人工假体能否真正应用于临床的一个关键因素。
[0003]目前选用的基体材料包括钛金属、医用镁合金、硅和碳/碳复合材料、医用高分子材料等。在这些基体上制备生物活性涂层的工艺有很多，比如等离子体喷涂、电结晶法、磁控溅射技术、声电沉积/碱热处理法等。所用的生物活性涂层主要有金属氧化物涂层、生物玻璃涂层、多孔钛(Ti)涂层、生物活性羟基磷灰石(HA)涂层、磷酸钙涂层、胶原膜、细胞膜涂层如红细胞膜涂层或血小板膜涂层及细胞器相关涂层等。
[0004]然而，生物活性涂层在实际应用中仍面临巨大的机遇与挑战，即能否在长期使用中具有较强的机械稳定性、耐磨性。例如，用等离子体喷涂制备的生物活性涂层，植入后由于摩擦等原因可能会出现涂层的分解、吸收或剥离，此外，由于钛合金和涂层热膨胀系数不匹配也会导致涂层的脱落。目前，尽管研究者们致力于研究开发新的工艺方法和表面的处理工艺，并制备出了结合强度较高的生物活性涂层，但实验发现，这些人工材料长期植入后还是会发生脱落。考虑到上述生物活性涂层与基底的结合力往往比较差，因此开发具有稳定抗摩擦磨损的生物活性涂层表面是推动生物材料真正走向实际应用的关键问题。

技术实现思路

[0005]针对现有生物活性涂层在实际使用环境下存在机械稳定性不足、易遭受破坏、使用寿命短、耐磨性差等问题，本专利技术提供了一种增强生物活性涂层稳定性的方法，目的是为了解决现有技术存在的以上问题中的至少一个。
[0006]为了实现以上技术目的，本专利技术采用以下技术方案：一种增强生物活性涂层稳定性的方法，其方法为，通过在生物活性涂层中形成具有保护作用的微结构以实现对生物活性涂层稳定性的增强；具体的，所述生物活性涂层包括基底和生物活性涂层填料层，所述基底的至少一个表面上形成有由多个微结构单元组成的微结构，所述多个微结构单元之间的空隙中和/或所述多个微结构单元中具有生物活性涂层填料。
[0007]优选的，所述微结构单元为高于基底表面的微凸出体，多个不连续的微凸出体排列为阵列；或者，所述微结构单元为低于基底表面的凹陷微腔，多个凹陷微腔排列为阵列，相邻的凹陷微腔之间的非凹陷部分相互连续。
[0008]优选的，所述阵列采用为非均匀阵列。
[0009]优选的，所述微凸出体的形状选自由多棱锥、多棱台、圆锥、多棱柱、圆柱组成的组
中的一种或多种，或所述凹陷微腔的形状选自由倒多棱锥、倒多棱台、倒圆锥、多棱柱、圆柱组成的组中的一种或多种。
[0010]进一步优选的，所述微凸出体的高度h可在微米尺度到毫米尺度之间选择，并且，满足1μm≤h≤1mm，具体尺寸可根据不同的反应条件进行调节；或者，所述凹陷微腔的深度h
’
可在微米尺度到毫米尺度之间选择，并且，满足1μm≤h
’
≤1mm，具体尺寸可根据不同的反应条件进行调节。
[0011]进一步优选的，微结构单元的侧壁与基底平面之间成一夹角α，当微结构单元的形状为多棱锥、倒多棱锥、多棱台、倒多棱台、圆锥或倒圆锥时，所述微结构单元的侧壁与基底平面之间的夹角α满足90
°
<α<160
°
；当微结构单元的形状为多棱柱、圆柱时，微结构单元的侧壁与基底平面之间的夹角α为90
°
。
[0012]进一步优选的，当所述微结构单元的形状为多棱锥、倒多棱锥、多棱台、倒多棱台或多棱柱时，所述微结构单元的底面边长a满足1μm<a<2mm；当所述微结构单元的形状为圆锥、倒圆锥或圆柱时，所述微结构单元的底面圆半径r满足0.5μm<r<1mm。
[0013]优选的，相邻微结构单元底面边缘之间的最近距离b满足10nm<b<2mm。
[0014]优选的，生物活性涂层填料分布在多个微结构单元中，或分布在微结构单元之间的空隙中。生物活性涂层填料层优选采用以下形式中的一种或多种：金属氧化物涂层、生物玻璃涂层、多孔钛涂层、生物活性羟基磷灰石涂层、磷酸钙涂层、胶原膜、细胞膜涂层以及其它与细胞器相关的涂层。
[0015]作为进一步优选的实施方案，本专利技术还提供一种生物活性涂层材料的制备方法，该制备方法用于制备上文所述的一种增强生物活性涂层稳定性的方法中的经增强处理的生物活性涂层，其包括以下步骤：步骤S1、通过光刻、微铣削或激光在基底上直接形成由多个微结构单元组成的微结构，或者先制作模具，再通过冷/热压技术将微结构单元图案转移至基底而间接制备由多个微结构单元组成的微结构；步骤S2、通过等离子体喷涂法、电结晶法、气相沉积法、旋涂法、蒸镀法或磁控溅射法，将生物活性涂层填料填充在微结构单元之间的空隙中和/或微结构单元中；和/或，通过静置反应法，将经预处理的微结构置于经过多次高速离心并且反复冻融并超声处理后的红细胞膜悬浮液中，从而将细胞膜涂层填充于微结构单元之间的空隙中和/或微结构单元中。
[0016]与现有技术相比，本专利技术至少具有以下有益效果：1、本专利技术通过将生物活性涂层填充在具有高度机械稳定性的微结构的方式，实现了对易被破坏脱落、机械性能差的生物活性涂层的保护，避免了生物活性涂层在使用过程中可能会承受的外界冲击、摩擦磨损等严苛作用力，大大增加生物活性涂层在实际应用中的耐久性；2、基于微结构的保护，生物活性涂层可避免本体材料的暴露，显示出优异的生物性能；3、本专利技术可在钛金属及其钛合金、医用镁合金、硅和碳/碳复合材料、医用高分子材料等各类基材上实现制备，具有很高的普适性和实用性，可持久稳定应用于几乎所有的生物活性涂层领域；4、本专利技术方法上简便可行，成本可控，在产业化生产和应用中具有重大的社会价
值和经济价值。
附图说明
[0017]图1为本专利技术所采用的微结构阵列结构单元的设计示意图；图2为本专利技术一个实施例所采用的硅基底四棱锥微结构阵列SEM图；图3为本专利技术一个实施例所采用的钛基底圆柱微结构阵列SEM图；图4为本专利技术一个实施例所采用的聚醚醚酮基底微结构阵列SEM图；图5为本专利技术一个实施例所采用的聚醚醚酮基底微结构阵列中长羟基磷灰石涂层SEM图；图6为本专利技术一个实施例所采用的聚醚醚酮基底微结构阵列中长细胞膜涂层SEM图。
具体实施方式
[0018]下面结合具体实施方式对本专利技术作进一步的说明。其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本专利技术的实说明书实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
[0019]如图1至图本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种增强生物活性涂层稳定性的方法，其特征在于，其方法为，通过在生物活性涂层中形成具有保护作用的微结构以实现对生物活性涂层稳定性的增强；其中，所述生物活性涂层包括基底和生物活性涂层填料层，所述基底的至少一个表面上形成有由多个微结构单元组成的微结构，所述多个微结构单元之间的空隙中和/或所述多个微结构单元中具有生物活性涂层填料。2.如权利要求1所述的一种增强生物活性涂层稳定性的方法，其特征在于，所述微结构单元为高于基底表面的微凸出体，多个不连续的微凸出体排列为阵列；或者，所述微结构单元为低于基底表面的凹陷微腔，多个凹陷微腔排列为阵列，相邻的凹陷微腔之间的非凹陷部分相互连续。3.如权利要求2所述的一种增强生物活性涂层稳定性的方法，其特征在于，所述微凸出体的形状选自由多棱锥、多棱台、圆锥、多棱柱、圆柱组成的组中的一种或多种，或所述凹陷微腔的形状选自由倒多棱锥、倒多棱台、倒圆锥、多棱柱、圆柱组成的组中的一种或多种。4.如权利要求3所述的一种增强生物活性涂层稳定性的方法，其特征在于，所述微凸出体的高度h满足1μm≤h≤1mm；或者，所述凹陷微腔的深度h
’
满足1μm≤h
’
≤1mm；所述微结构单元的侧壁与基底平面之间成一夹角α，当微结构单元的形状为多棱锥、倒多棱锥、多棱台、倒多棱台、圆锥或倒圆锥时，所述微结构单元的侧壁与基底平面之间的夹角α满足90
°
<α<160
°
；当微结构单元的形状为多棱柱、圆柱时，微结构单元的侧壁与基底平面之间的夹角α为90
°
...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓旭，王德辉，余华丽，李建树，罗珺，董知韵，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：