一种医用金属材料的表面润滑改性方法技术

本发明专利技术公开了一种医用金属材料的表面润滑改性方法，属于医用金属材料技术领域；包括以下步骤：首先将医用金属材料用氧等离子体预处理进行表面羟基化；其次将反应性硅烷单体二氯二甲基硅烷溶于良溶剂形成混合液；最后将表面羟基化的医用金属置入混合液中一段时间，取出用水冲洗后进行表面聚合形成聚二甲基硅氧烷分子刷涂层。本发明专利技术改性的医用金属材料表面具有一层聚合物刷涂层，其对包括生物液体比如血液、尿液等表现出低的侧向粘附力，以及低的滑动角，赋予了医用金属材料良好的拒液和自清洁性，减少细菌粘附；并且涂层与基材的强共价连接使其机械坚固，不易脱落，具有耐紫外线、高温等常规医用消毒手段；且制备方法简便、快捷，无需特殊设备。无需特殊设备。

【技术实现步骤摘要】
一种医用金属材料的表面润滑改性方法


[0001]本专利技术属于医用金属材料
，具体涉及一种医用金属材料的表面润滑改性方法。

技术介绍

[0002]钛、镁合金等医用金属材料具有良好的机械性能和生物相容性，在内外科的手术器械以及人工关节替代材料等方面得到了广泛的研究和应用。但是一些医用器械如手术刀、手术剪刀等在使用过程中容易沾染大量血液及组织液，影响手术操作过程。另外一些医用金属材料植入体内后，黏结组织液体，引起材料界面的细菌感染，细菌为适应机体复杂的微环境会在器械表面形成生物膜，生物膜可以有效的保护细菌避免被免疫系统清除，并在一定的时候可以将细菌释放出来，形成悬浮菌，造成细菌感染复发，进一步诱发邻近组织和器官的感染甚至坏死，给患者带来很大的痛苦。因此在医疗系统中开发高效的拒液和自清洁的表面，抑制细菌生物膜的形成，对医用金属材料至关重要。
[0003]目前，为了避免医用金属容易黏附血液、组织液以及滋生细菌生物膜的这种现象，构筑能够排斥液体和减少细菌粘附的金属材料表面，近年来学者们采用了物理、化学和电化学等多种表面改性方法，改变医用金属材料表面层的结构、化学成分，以赋予医用金属材料良好的拒液性和抗菌性，但现有的表面改性方法中还存在有以下问题：1）一种通用的策略是将柔性大分子刷共价连接到光滑表面上以排斥液体，柔性大分子的高流动性使它们能够作为液体状的润滑层，对具有广泛表面张力的液体起作用，例如文献A Statically Oleophilic but Dynamically Oleophobic Smooth NonperfluorinatedSurface[J].AngewandteChemie,2012,51(12):2956
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2959.其中公开了柔性大分子共价连接到表面，利用柔性大分子的高迁移率使它们能够对具有广泛表面张力的液体起到类似液体的润滑层的作用，但由于是共价连接到表面，这种润滑层不能被接触液体溶解或置换，在应用过程中不能确保良好的稳定性。
[0004]2）例如申请公开号为CN102191454A的一种医用钛金属材料的表面改性方法，公开了将银/氮二元离子注入医用钛金属材料，其硬度和耐腐性能都有不同程度的提高，并且具有很好的抗菌性；申请公开号为CN111020669A的一种医用钛金属表面S
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TiO2
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x薄膜的制备方法，首次公开采用了非金属元素掺杂，在医用钛金属表面制备了原位生长具有氧缺陷的光声响应能力薄膜，具有良好的抗菌效果；申请公开号为CN102912335A的一种医用金属材料（钛、钛合金、镁及镁合金）的表面改性方法，公开了在医用金属材料表面共价引入具有生物活性和相容性的聚乙烯吡咯烷酮，赋予了医用金属材料良好的生物活性、稳定性和抗菌性。以上方法中虽然可以改善医用金属材料的抗菌性能，但普遍存在修饰涂层与基材表面结合强度弱的问题，并且表面接枝聚合物通常基于复杂且耗时的制备程序，限制了其在实际应用中的使用。
[0005]因此，亟需构建一种具有拒液和自清洁特性的医用金属材料，制备方法快速、简便、表面结合强度高，且能满足长期稳定润湿性能，即所选湿滑液体必须与接触的生物液体
不混溶且不能被其取代挤出，以避免润滑剂损失和污染。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是：克服现有技术中存在的不足，提供一种医用金属材料的表面润滑改性方法，在无需使用引发剂的情况下，仅需将医用金属材料浸泡在反应性硅烷单体的有机溶剂中进行聚合反应，即可在医用金属表面生成具有润滑性能的PDMS刷涂层，不仅制备方法简便快速，且该聚合物刷涂层与基材的强共价连接使其机械坚固不易脱落。
[0007]为实现上述目的，本专利技术采用了以下技术方案：一种医用金属材料的表面润滑改性方法，包括以下步骤：S1、金属表面羟基化处理：将医用金属用无水乙醇清洗后，放入等离子体清洗机中进行氧等离子体处理，得到表面羟基化的医用金属；S2、表面改性剂的制备：取反应性硅烷单体二氯二甲基硅烷溶液放入烧杯中作为改性剂溶液；S3、接枝聚合成致密分子刷涂层：将上述步骤S1中表面羟基化的医用金属置于上述步骤S2中制备的改性剂溶液中，室温下进行聚合反应，在金属表面形成致密聚二甲基硅氧烷分子刷涂层，聚合反应时间为0.5~30min，取出用水清洗后晾干，最终得到表面润滑改性的医用金属材料。
[0008]所述步骤S2中，将反应性硅烷单体二氯二甲基硅烷先溶解在良溶剂中制成混合溶液，再放入烧杯中作为改性剂溶液；其中反应性硅烷单体与良溶剂的体积比为1:5~40。
[0009]所述步骤S2中，良溶剂为甲苯、正己烷、乙酸乙酯、二氯甲烷中的一种，优选为甲苯。
[0010]所述步骤S2中，反应性硅烷单体与良溶剂混合后，需将混合溶液旋转混合20~30s，并在室温下静置5min制备成改性剂溶液备用。
[0011]所述步骤S1中，医用金属包括钛合金、镁合金、碳钢材质的医用手术刀片、医用剪刀和人工金属关节。
[0012]所述步骤S1中，氧等离子体处理选用空气气氛，真空度为
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102.9KPa，气体流量为100mL/min，功率为150~300W，处理时间为5~20min。
[0013]本专利技术的有益效果是：1）本专利技术的表面改性方法中，在无需使用引发剂的情况下，仅需将医用金属材料浸泡在反应性硅烷单体的有机溶剂中进行聚合反应，即可在医用金属表面生成具有润滑性能的PDMS刷涂层，该聚合物刷涂层与基材的强共价连接使其机械坚固不易脱落，并对包括生物液体比如血液、尿液等表现出低的侧向粘附力以及低的滑动角，还具有耐紫外线、高温等常规医用消毒手段。
[0014]2）本专利技术的表面改性方法中，无需使用引发剂，且无需特殊设备，方法简便、快速，能够节约生产成本、提高生产效率和生产安全性。
附图说明
[0015]图1为本专利技术表面改性方法的工艺流程图；图2为本专利技术实施例1中改性前后金属基材的扫描电子显微镜对比图；
图3为本专利技术实施例2中改性后医用金属材料的x射线光电子能谱图；图4为本专利技术测定的不同聚合时间对接触角变化影响示意图；图5为本专利技术测定的不同聚合时间对滑动角变化影响示意图；图6为本专利技术测定的反应性硅烷单体与良溶剂的比例对润滑改性后金属表面滑动角的影响示意图；图7为本专利技术测定的不同良溶剂对润滑改性后金属表面滑动角的影响示意图；图8为本专利技术测定的改性前后医用金属材料的抗菌效果示意图；图9为本专利技术测定的改性前后医用金属材料表面血液滑动示意图；图10为本专利技术测定的改性后医用金属材料表面不沾血液示意图。
具体实施方式
[0016]为了使本领域的技术人员可以更好地理解本专利技术，下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步的解释说明。
[0017]如附图1所示表面改性方法的工艺流程图，根据其制备流程生产以下表面改性的金属材料。
[0018]实施例1：一种医用金属材料的表面润滑改性方法，包括以下步骤：S1、将医用24号手术刀片用无水乙醇冲洗干净，然后放入等离子本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种医用金属材料的表面润滑改性方法，其特征在于：包括以下步骤：S1、金属表面羟基化处理：将医用金属用无水乙醇清洗后，放入等离子体清洗机中进行氧等离子体处理，得到表面羟基化的医用金属；S2、表面改性剂的制备：取反应性硅烷单体二氯二甲基硅烷溶液放入烧杯中作为改性剂溶液；S3、接枝聚合成致密分子刷涂层：将上述步骤S1中表面羟基化的医用金属置于上述步骤S2中制备的改性剂溶液中，室温下进行聚合反应，在金属表面形成致密聚二甲基硅氧烷分子刷涂层，聚合反应时间为0.5~30min，取出用水清洗后晾干，最终得到表面润滑改性的医用金属材料。2.根据权利要求1所述的一种医用金属材料的表面润滑改性方法，其特征在于：所述步骤S2中，将反应性硅烷单体二氯二甲基硅烷先溶解在良溶剂中制成混合溶液，再放入烧杯中作为改性剂溶液；其中反应性硅烷单体与良溶剂的体积比为1:5~40。3.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：王殿宇，刘锦博，王倩男，张静，
申请(专利权)人：郑州大学，
类型：发明
国别省市：