纳米羟基磷灰石生物复合涂层的制备方法技术

纳米羟基磷灰石生物复合涂层的制备方法，将Ｃａ（ＮＯ↓［３］）↓［２］.４Ｈ↓［２］Ｏ和（ＮＨ↓［２］）↓［２］ＨＰＯ↓［４］加入蒸馏水溶解，再加入尿素粉体，声化学合成，干燥即得到纳米羟基磷灰石粉体；取纳米羟基磷灰石粉体和分析纯壳聚糖加入到异丙醇中，得悬浮液；将壳聚糖粉末加入到醋酸溶液中，静置脱泡，将２Ｄ　Ｃ／Ｃ复合材料在乙醇中超声清洗，干燥，放入脱泡后的壳聚糖溶液中，采用直流电沉积法对其表面进行改性，将悬浮液倒入水热电泳反应釜中，将表面改性后的Ｃ／Ｃ基片固定在水热电泳反应釜的阴极，并浸于悬浮液中；然后密封反应釜，通电沉积，待自然冷却后干燥即得到复合涂层。本发明专利技术制备涂层不需要后期的晶化热处理，避免了生物涂层在高温热处理过程中的相变和分解。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种生物复合涂层的制备方法，具体涉及一种纳米羟基磷 灰石生物复合涂层的制备方法。
技术介绍
生物医用材料用于人体组织和器官的诊断、修复或增进其功能，其作 用是药物不可替代的，是一类新发展的高技术材料。骨替代材料是生物医用材料产业中重要的组成部分(俞耀庭，张兴栋.生物医用材料[M].天 津天津大学出版社，2000: 121-122)。目前骨替代生物材料中，以陶瓷、 金属和高分子为代表的常规材料仍居主导地位。然而，金属的疲劳性能较 差，释放的离子影响组织的生物功能；有机高分子在生理环境下可降解为单体，释放有毒物质；而单一陶瓷材料脆性大、疲劳性能差，不能满足骨替代材料的要求。碳/碳(C/C)复合材料是国际新材料领域重点发展的一种新型结构材 料，兼具功能和结构特性，综合性能优异，特别是其弹性模量与骨相当， 因此作为骨修复和骨替代材料，极具应用前景(Gao Lin， Lin Jiarui. Histological observation of carbonaceous materials containing hydroxyapatite[C]. The International Conference on Carbon 2002， 2002, Beijing, China.)。但C/C复合材料属于生物惰性材料，不易与宿主组织形成 化学结合。纳米羟基磷灰石(HAp)是自然骨中主要的无机成分，降解后 的钙离子和磷酸根离子能促进骨组织修复，具有骨传导性和诱导性。壳聚糖是弱碱性多糖，其降解产物是氨基葡萄糖，可被人体完全吸收，具有促进骨细胞和成纤细胞黏附、分化和增殖的作用。但HAp存在脆性大，难塑 型的问题；壳聚糖材料存在强度低和在湿态环境下强度损失过快的问题。 因此，通过一定的方法在C/C复合材料表面制备HAp和壳聚糖的复合涂层， 将C/C复合材料的优良力学性能与HAp、壳聚糖的良好生物活性结合，制 备出新一代的骨替代和修复材料。到目前为止，有关C/C复合材料表面纳米HAp生物复合涂层的制备方 法主要有以下几种等离子喷涂法(Sui Jinling, Li Musen, Peng Yu. The Effect of Plasma Spraying Power on the Structure and Mechanical Properties of Hydroxyapatite Deposited on Carbon/Carbon Composites[J]. Surface and Coatings Technology, 2005， 190: 287 292)、仿生法(Lucie Bacakova， Vladimir Stary, Olga Kofronova, et al. Polishing and coating carbon fiber-reinforced carbon composites with a carbon-titanium layer enhances adhesion肌d growth of osteoblast-like MG63 cells and vascular smooth muscle cells in vitro[J]. Journal of Biomedical Materials Research, 2000， 54: 567 578)、电化学、沉积、法(Stoch A, Brozeka A, Bfezewicz S. FTIR Study of Electrochemically Deposited Hydroxyapatite Coatings on Carbon Materials[J]. Journal ofMolecular Structure, 2003,651 653)等。等离子喷涂法在高温下 会产生大量的非晶HAp，需经后续热处理工艺转变成结晶良好的HAp，且 所制备的HAp涂层材料植入后会出现涂层松动脱落的现象，造成植入体失 效；仿生法是模拟自然界生理磷灰石的矿化机制，在类似于人体组织内环 境条件的水溶液中自然沉积出磷灰石涂层，该方法虽然可以在低温下获得 成分更接近人体的骨无机质，但工艺较繁琐，且涂层与基体的结合较差；电化学沉积法克服传统的等离子喷涂时因高温而引起HAp的热分解和喷 涂过程的非线性，且可通过控制电流、电压、温度等实验参数精确控制涂 层的厚度、表面结构和孔隙率等，但该方法制备的涂层与基体之间的结合 力及涂层自身的结合力不足，制约其进一步发展。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出一种水热电泳沉积法在C/C复合材料表面制备纳 米羟基磷灰石生物复合涂层的方法，不仅提高了反应速率和效率，制备出 的涂层具有较高的均匀性和致密性，而且不需要后续热处理，避免了生物 涂层在高温处理过程中的相变和分解。为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是1) 首先将Ca(N03)2'4H20和(NH2)2HP04按照Ca: P=l: 1.57~2.3的摩 尔比混合，加入蒸馏水溶解，使溶液中的Ca^离子浓度为0.03^).5mol/L; 在溶液中按照Ca(N03)2，4H20和(NH2)2HP04总质量尿素=1: 5~10加入尿 素粉体，搅拌均匀；在磁力搅拌下，将多频声化学发生器的发生头放入上 述溶液，分别在5(TC、 80'C和10(TC，以100-300W的超声功率，进行声 化学合成45 200rnin;把悬浮液过滤洗涤，先用蒸馏水清洗2遍，然后用 无水乙醇清洗3遍，将过滤出来的物料放入真空干燥箱里于80 12(TC下干 燥12 24h，即得到纳米羟基磷灰石粉体；2) 取上述纳米羟基磷灰石粉体和分析纯壳聚糖按5~12: 1的质量百 分比加入到分析纯的异丙醇中，使纳米羟基磷灰石粉体和壳聚糖的总质量 浓度为5~10g/L，磁力搅拌3 8h后陈化l~5h，制得纳米羟基磷灰石粉体 和壳聚糖的混合悬浮液；3) 将分析纯壳聚糖粉末加入到体积分数为1 8%的醋酸溶液中，居U烈搅拌l 3h后，得到质量浓度为2~5%的壳聚糖溶液，静置脱泡5 20h，采 用密度为1.7g/cm3的2D C/C复合材料，切割成12 mmxlO mmx2 mm薄片， 分别用180号、800号及1500号的砂纸依次打磨抛光后置于乙醇中超声清 洗10 20min，于电热鼓风干燥箱中在10(M20。C下干燥40~60min后，放 入脱泡后的壳聚糖溶液中，采用直流电沉积法对其表面进行改性，控制直 流电压为30 60V，通电时间为30~150s，改性后的C/C基片表面沉积一层 壳聚糖膜，在50~80 °C电热鼓风干燥箱中干燥30~100min后备用；4)将纳米羟基磷灰石粉体和壳聚糖的混合悬浮液倒入水热电泳反应 釜中，填充度控制在50 80%，将表面改性后的C/C基片固定在水热电泳 反应釜的阴极，并浸于悬浮液中；然后密封反应釜，将其放入100~120°C 精密恒温烘箱中，保温2~4h，调节电压在30-90V之间，通电沉积1 20 min 后关闭电源，停止沉积，待自然冷却后取出基片，于电热鼓风干燥箱中在 4(TC^60'C下干燥10 20min，即得到复合涂层。本专利技术的方法可以根据不同的实际需要本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种纳米羟基磷灰石生物复合涂层的制备方法，其特征在于：　１）首先将Ｃａ（ＮＯ↓［３］）↓［２］.４Ｈ↓［２］Ｏ和（ＮＨ↓［２］）↓［２］ＨＰＯ↓［４］按照Ｃａ∶Ｐ＝１∶１．５７～２．３的摩尔比混合，加入蒸馏水溶解，使溶液中的Ｃａ↑［２＋］离子浓度为０．０３～０．５ｍｏｌ／Ｌ；在溶液中按照Ｃａ（ＮＯ↓［３］）↓［２］.４Ｈ↓［２］Ｏ和（ＮＨ↓［２］）↓［２］ＨＰＯ↓［４］总质量∶尿素＝１∶５～１０加入尿素粉体，搅拌均匀；在磁力搅拌下，将多频声化学发生器的发生头放入上述溶液，分别在５０℃、８０℃和１００℃，以１００～３００Ｗ的超声功率，进行声化学合成４５～２００ｍｉｎ；把悬浮液过滤洗涤，先用蒸馏水清洗２遍，然后用无水乙醇清洗３遍，将过滤出来的物料放入真空干燥箱里于８０～１２０℃下干燥１２～２４ｈ，即得到纳米羟基磷灰石粉体；　２）取上述纳米羟基磷灰石粉体和分析纯壳聚糖按５～１２∶１的质量百分比加入到分析纯的异丙醇中，使纳米羟基磷灰石粉体和壳聚糖的总质量浓度为５～１０ｇ／Ｌ，磁力搅拌３～８ｈ后陈化１～５ｈ，制得纳米羟基磷灰石粉体和壳聚糖的混合悬浮液；　３）将分析纯壳聚糖粉末加入到体积分数为１～８％的醋酸溶液中，剧烈搅拌１～３ｈ后，得到质量浓度为２～５％的壳聚糖溶液，静置脱泡５～２０ｈ，采用密度为１．７ｇ／ｃｍ↑［３］的２Ｄ　Ｃ／Ｃ复合材料，切割成１２ｍｍ×１０ｍｍ×２ｍｍ薄片，分别用１８０号、８００号及１５００号的砂纸依次打磨抛光后置于乙醇中超声清洗１０～２０ｍｉｎ，于电热鼓风干燥箱中在１００～１２０℃下干燥４０～６０ｍｉｎ后，放入脱泡后的壳聚糖溶液中，采用直流电沉积法对其表面进行改性，控制直流电压为３０～６０Ｖ，通电时间为３０～１５０ｓ，改性后的Ｃ／Ｃ基片表面沉积一层壳聚糖膜，在５０～８０℃电热鼓风干燥箱中干燥３０～１００ｍｉｎ后备用；　４）将纳米羟基磷灰石粉体和壳聚糖的混合悬浮液倒入水热电泳反应釜中，填充度控制在５０～８０％，将表面改性后的Ｃ／Ｃ基片固定在水热电泳反应釜的阴极，并浸于悬浮液中；然后密封反应釜，将其放入１００～１２０℃精密恒温烘箱中，保温２～４ｈ，调节电压在３０～９０Ｖ之间，通电沉积１～２０ｍｉｎ后关闭电源，停止沉积，待自然冷却后取出基片，于电热鼓风干燥箱中在４０℃～６０℃下干燥１０～２０ｍｉｎ，即得到复合涂层。...

【技术特征摘要】
1、一种纳米羟基磷灰石生物复合涂层的制备方法，其特征在于1)首先将Ca(NO3)2·4H2O和(NH2)2HPO4按照CaP＝11.57～2.3的摩尔比混合，加入蒸馏水溶解，使溶液中的Ca2+离子浓度为0.03～0.5mol/L；在溶液中按照Ca(NO3)2·4H2O和(NH2)2HPO4总质量尿素＝15～10加入尿素粉体，搅拌均匀；在磁力搅拌下，将多频声化学发生器的发生头放入上述溶液，分别在50℃、80℃和100℃，以100～300W的超声功率，进行声化学合成45～200min；把悬浮液过滤洗涤，先用蒸馏水清洗2遍，然后用无水乙醇清洗3遍，将过滤出来的物料放入真空干燥箱里于80～120℃下干燥12～24h，即得到纳米羟基磷灰石粉体；2)取上述纳米羟基磷灰石粉体和分析纯壳聚糖按5～121的质量百分比加入到分析纯的异丙醇中，使纳米羟基磷灰石粉体和壳聚糖的总质量浓度为5～10g/L，磁力搅拌3～8h后陈化1～5h，制得纳米羟基磷灰石粉体和壳聚糖的混合悬浮液；3)将分析纯壳聚糖粉末加入到体积分数为1～8％的醋酸溶液中，剧...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹丽云，李颖华，黄剑锋，
申请(专利权)人：陕西科技大学，
类型：发明
国别省市：87[中国|西安]