一种可超声介导抗菌且具有高骨整合性的纳米棒阵列化涂层及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种可超声介导抗菌且具有高骨整合性的纳米棒阵列化涂层及其制备方法和应用，首先采用微弧氧化在钛或其合金表层制备含磷和钙的多孔二氧化钛涂层，然后用水热处理法原位生长出羟基磷灰石纳米棒构形化涂层，再用镁热还原法制备聚

【技术实现步骤摘要】
一种可超声介导抗菌且具有高骨整合性的纳米棒阵列化涂层及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于生物医用材料
，具体涉及一种可超声介导抗菌且具有高骨整合性的纳米棒阵列化涂层及其制备方法和应用
。

技术介绍

[0002]钛及其合金因其良好的力学性能
、
耐蚀性及生物相容性而广泛应用于人工骨
、
关节
、
牙种植体等硬组织修复与替换
。
然而，钛属生物惰性，植入体内后因不易与组织形成骨性结合，同时无抗菌性，在植入过程中由于细菌侵入会导致植入部位感染诱发植入体失效，这些成为限制钛及其合金临床应用的主要问题
。
在诸多钛基表面改性的方法中，微弧氧化及水热所制备的羟基磷灰石
(Hydroxyapatite
，
HA)
涂层相比与其他改性涂层更具优势
。HA
涂层具有高的骨磷灰石诱导能力，能显著增强间充质干细胞
、
成骨细胞的黏附及繁殖，更为可贵的是，其基底
TiO2可在外界刺激下产生活性氧自由基
(Reactive oxide species,ROS
，主要包含
·
O2‑
、
·
OH
及
H2O2)
破坏细菌或病毒的组分
。
其中
ROS
可通过外界刺激诱发产生，如：紫外
、
近红外及超声波诱发，同时在刺激结束后会缓慢消失，在此过程中无负载药剂释放，避免药剂释放剂量不当造成的细胞毒性，从而有效抑制因细菌感染而引发的骨组织坏疽
。
[0003]现有研究中，主要通过以下几种方式激发
TiO2产生
ROS。(1)
紫外光辐照：通过紫外辐照的方式使
TiO2产生
ROS
，然而，过量的紫外线会对人体功能造成一系列损害，且紫外光不能深入组织，给实际应用带来困难；
(2)
近红外光
(NIR)
激发：
NIR
对人体组织损伤较小，然而近红外光虽相较于紫外的人体穿透深度略大，但仍不可穿透较深组织，且在辐照过程中会产生较高热量，灼伤照射部位；
(3)
超声波激发：相比于
NIR
，超声波在人体中具有更深的穿透深度，无辐射性，且精准性高，只在声敏剂存在部位产生
ROS
，对周围组织无伤害性，因此可安全用于体内抗菌治疗
。
但是，
TiO2的宽带隙和快速的电子空穴对分离导致其在超声激发下
ROS
产额低，抗菌效果差，使得其在极端病况
(
感染性骨质疏松骨折等
)
下成骨细胞活性大大下降，治疗效果不佳
。
[0004]据此，亟需兼具抗感染和骨再生的骨内种植体以在种植前期迅速杀灭细菌，同时长期促成骨以在该类病况下呈现高骨整合性
。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种可超声介导抗菌且具有高骨整合性的纳米棒阵列化涂层及其制备方法和应用，针对骨质疏松病况下的感染性骨折，以克服
TiO2在超声下抗菌率较低及
HA
促成骨能力不足等问题，本专利技术工艺稳定
、
可控性强；制得的生物活性涂层同时拥有具有抗感染和骨再生的双重功效；而且作为植入体能够在植入初期高效杀灭细菌，植入中后期长期抑菌并促进骨组织愈合及再生，避免由于感染导致成骨细胞活性的急剧下降以及感染灶扩大和局部组织坏死等情况的发生
。
[0006]本专利技术是通过以下技术方案来实现：
[0007]一种可超声介导抗菌且具有高骨整合性的纳米棒阵列化涂层的制备方法，包括以下步骤：
[0008]步骤1：在含有磷离子和钙离子的电解液中对钛基基体进行微弧氧化，使钛基基体表面形成微孔二氧化钛涂层，所述钛基基体为纯钛或钛合金；
[0009]步骤2：采用水热处理法在步骤1得到的微孔二氧化钛涂层上制备羟基磷灰石纳米棒构形化涂层；
[0010]步骤3：采用镁热还原法在步骤2得到的羟基磷灰石纳米棒构形化涂层外包覆
Mg
‑
O
非晶膜，得到可超声介导抗菌且具有高骨整合性的纳米棒阵列化涂层
。
[0011]进一步地，所述步骤1具体为：
[0012]将纯钛或钛合金基体作为阳极，不锈钢电解槽作为阴极，在
300K
的温度下进行微弧氧化，然后经酒精和去离子水交替清洗
、
干燥后使钛基基体表面形成微孔二氧化钛涂层
。
[0013]进一步地，所述微弧氧化的参数为：电弧频率
110Hz
，正压
450V
，占空比
7.5
％；所述电解液包括：氢氧化钠
0.005mol/L
，乙酸钙
0.2mol/L
，
β
‑
磷酸甘油酯二钠盐五水化合物
0.02mol/L。
[0014]进一步地，所述步骤2具体包括：
[0015]步骤
2.1
：将步骤1得到的微孔二氧化钛涂层放入浓度为
0.01mol/L
的氢氧化钠水溶液中，密封进行一次水热处理；
[0016]步骤
2.2
：将乙二胺四乙酸钙钠
、
β
‑
磷酸甘油酯二钠盐五水化合物和氢氧化钠加入水中，搅拌均匀后对步骤
2.1
的产物密封进行二次水热处理，将产物清洗
、
干燥后备用
。
[0017]进一步地，所述步骤
2.2
中，乙二胺四乙酸钙钠的浓度为
0.12mol/L
，
β
‑
磷酸甘油酯二钠盐五水化合物的浓度为
0.02mol/L
，氢氧化钠的浓度为
0.125mol/L。
[0018]进一步地，一次水热处理的温度为
360K
，时间为
2h。
[0019]进一步地，二次水热处理的温度为
385K
，时间为
20h。
[0020]进一步地，所述步骤3具体为：
[0021]将若干步骤二中的产物平行放置于坩埚内，称取镁粉倒入另一个坩埚，所述产物表面积与镁粉之间比例为
4.62cm2:(0.01
～
0.10)g
，将两个坩埚平行放于石英管中，并使得放有镁粉的坩埚距进气口更近，放置好坩埚后将石英管置于管式炉炉膛中，将石英管和进气口及真空泵相连，开启真空泵，保证石英管密封良好后通入氩气，其中氩气流量为
300sccm
，设置管式炉反应曲线为：从室温经过
110min
升温至
650℃
，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种可超声介导抗菌且具有高骨整合性的纳米棒阵列化涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：在含有磷离子和钙离子的电解液中对钛基基体进行微弧氧化，使钛基基体表面形成微孔二氧化钛涂层，所述钛基基体为纯钛或钛合金；步骤2：采用水热处理法在步骤1得到的微孔二氧化钛涂层上制备羟基磷灰石纳米棒构形化涂层；步骤3：采用镁热还原法在步骤2得到的羟基磷灰石纳米棒构形化涂层外包覆
Mg
‑
O
非晶膜，得到可超声介导抗菌且具有高骨整合性的纳米棒阵列化涂层
。2.
根据权利要求1所述的一种可超声介导抗菌且具有高骨整合性的纳米棒阵列化涂层的制备方法，其特征在于，所述步骤1具体为：将纯钛或钛合金基体作为阳极，不锈钢电解槽作为阴极，在
300K
的温度下进行微弧氧化，然后经酒精和去离子水交替清洗
、
干燥后使钛基基体表面形成微孔二氧化钛涂层
。3.
根据权利要求2所述的一种可超声介导抗菌且具有高骨整合性的纳米棒阵列化涂层的制备方法，其特征在于，所述微弧氧化的参数为：电弧频率
110Hz
，正压
450V
，占空比
7.5
％；所述电解液包括：氢氧化钠
0.005mol/L
，乙酸钙
0.2mol/L
，
β
‑
磷酸甘油酯二钠盐五水化合物
0.02mol/L。4.
根据权利要求1所述的一种可超声介导抗菌且具有高骨整合性的纳米棒阵列化涂层的制备方法，其特征在于，所述步骤2具体包括：步骤
2.1
：将步骤1得到的微孔二氧化钛涂层放入浓度为
0.01mol/L
的氢氧化钠水溶液中，密封进行一次水热处理；步骤
2.2
：将乙二胺四乙酸钙钠
、
β
‑
磷酸甘油酯二钠盐五水化合物和氢氧化钠加入水中，搅拌均匀后对步骤
2.1
的产物密封进行二次水热处理，将产物清洗
...

【专利技术属性】
技术研发人员：李博，陈诗萌，憨勇，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：