本发明专利技术的目的在于提供了一种抗感染医用钛金属材料，即在医用纯钛（Ti）中添加适量的铜元素，经过特殊的抗菌热处理，在医用纯钛基体中形成一种钛铜相，从而赋予医用钛抗细菌感染功能。其具有独特的抗细菌感染功能，可广泛应用于骨科、口腔科等医学临床领域中使用的各类钛金属医疗器械，以解决现有临床中由医用纯钛医疗器械植入引发的细菌感染等问题。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及医用钛金属材料领域，具体为一种抗感染医用钛金属材料。
技术介绍
医用纯钛以其优异的生物相容性已经被广泛应用于临床医学领域中。早在20世纪50年代，纯钛就被加工成骨板、骨钉、股骨头等植入医疗器械用于骨科修复手术中。随后，纯钛不断地被得到临床应用，现在主要应用于口腔修复领域，如冠桥类(嵌体、核、冠、桥)，支架类(局部义齿支架、全口义齿基托)，各种附着体类，以及赝复体等产品。然而，作为常见的术后并发症，有关医用医疗器械引发的细菌感染已经成为21世纪医学领域内亟待解决的重要问题之一。据统计，美国骨科植入物相关感染的年发病率达到4. 3%左右。根据世界卫生组织(WHO)颁布的《院内感染防治实用手册》中的有关数据，每天全世界有超过1400万人在遭受院内感染的痛苦，其中60%的细菌感染与使用的医疗器械有关。在医疗水平相对发达的美国，因医疗器械的使用引发的细菌感染比率非常高，而且涉及到很多临床领域，包括心血管介入、骨科、整形、口腔、神经外科等。医疗器械引发的细菌感染一旦发生就会对患者造成灾难性的后果。患者还需再经历1-2次的手术取出植入医疗器械并清除病灶，给患者带来沉重的经济与精神负担，同时也会对医院和社会等造成不同程度的负面影响。例如，骨折术中使用植入物引发的感染会直接造成患者伤口经久不愈，经常会导致手术失败，甚至导致慢性骨髓炎等并发症，其治疗难度大，可造成肢体的严重伤残与功能障碍，甚至截肢和危及生命。因此，研究开发自身具有抗细菌感染功能的新型医用材料，以消除或减少相关医疗器械引发的细菌感染性疾病具有重大的社会经济意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供了一种抗感染医用钛金属材料，即在医用纯钛(Ti)中添加适量的铜元素，经过特殊的抗菌热处理，在医用纯钛基体中形成一种钛铜相，从而赋予医用钛抗细菌感染功能。该医用钛金属材料可广泛应用于骨科、口腔科等医学临床领域中使用的各类钛金属医疗器械，以解决现有临床中由医用纯钛医疗器械植入引发的细菌感染等问题。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是在医用纯钛(Ti)中添加1-30 wt. %的铜元素，该钛金属材料的化学成分如下(wt. %), Ti :余量；Cu 1-30 ;杂质元素含量应满足我国外科植入物用纯钛的相关要求。其中铜元素含量的优选范围为10-20 wt%。在本专利技术的抗感染医用钛金属材料成分设计中，铜(Cu)是最重要的合金元素，这是保证医用钛金属材料抗细菌感染功能的必要条件，也是本专利技术的主要创新点。本专利技术中的医用钛金属材料中的含铜量为l_30wt. %，以保证在特殊热处理条件下，钛铜相在钛中的均匀弥散析出。钛铜相主要为CuTi2,当这种含有在基体内均匀弥散分布CuTi2的钛金属处于潮湿的环境或者液体中时，会有Cu2+从钛表面溶出，从而赋予钛抗细菌感染功能。当铜含量相对较低时，即使经过特殊热处理，钛基体中亦不能析出钛铜相，因而不具备稳定的抗细菌感染性能。当铜含量相对过高时，会导致在钛中过多地析出钛铜相，从而严重影响到钛的力学性能及加工工艺性能，甚至生物安全性能。本专利技术还提供了上述抗感染医用钛金属材料的特殊抗菌热处理工艺，其是本专利技术中的重要组成部分。具体为首先在900-1000°C保温O. 5-2h，使铜元素能充分均匀地固溶于基体中，水冷至室温后，使钛中的铜处于过饱和状态。然后在350-550°C保温O. 5-6h，空冷或水冷至室温。钛基体中会析出足够多量的钛铜相，并且均匀弥散分布。在上述时效热处理过程中，温度与保温时间是两个非常重要的参数。如温度过低，从动力学角度来讲，将不利于钛铜相的析出，保温时间过长会使析出相的尺寸过于增大，将会影响到钛金属的抗菌性能、力学性能和耐蚀性能。本专利技术还提供了所述抗感染医用钛金属材料的热处理优选工艺950°C温度下保温O. 5-1. 5h，水冷至室温，450°C温度下保温3-5h，空冷或水冷至室温。本专利技术的有益效果是I、本专利技术提出，在现已临床应用的医用纯钛中添加1.0-30. Owt. %的铜元素，从而获得具有广谱抗菌功能的抗感染医用钛金属新材料。2、本专利技术中的抗感染医用钛金属材料经过特殊热处理后，在钛基体中均匀弥散分布有钛铜析出相(CuTi2),从而赋予该钛金属抗细菌感染功能。附图说明图I本专利技术提供的抗感染医用钛金属材料的X射线衍射分析结果，证明该抗感染医用钛金属中含有α -Ti和CuTi2钛铜相。具体实施例方式实施例I在目前广泛临床应用的医用纯钛(Ti)中添加不同含量的铜元素，即，Ti :余量；Cu:l-30wt. %，并对该抗感染医用钛金属进行抗菌热处理，具体铜含量及热处理工艺见表I。对所有成分样品进行抗菌性能及生物安全性能检测。抗菌性能测试按照下述公式计算抗感染医用钛金属材料对常见细菌(大肠杆菌、金黄色葡萄球菌等)作用后的杀菌率杀菌率(%)=X100式中，对照样品活菌数是对照样品(纯钛)上进行细菌培养后的活菌数，抗感染医用钛活菌数是指抗感染医用钛金属上进行细菌培养后的活菌数。抗菌试验按照“JIS Z 2801-2000《抗菌加工制品一抗菌性试验方法和抗菌效果》、GB/T 21510-2008《纳米无机材料抗菌性能检测方法》”等标准规定，具体为分别取试验用菌液O. 3mL滴加到对照样品(纯钛)、抗感染医用钛样品上。用灭菌镊子将覆盖膜分别覆在各个样品上，使菌液均匀接触样品，置于灭菌平皿中，放在恒温培养箱中37°C、对湿度90%以上条件下培养24h。取出已培养24h的样品，分别加入15mL洗脱液，反复清洗样品及覆盖膜，充分摇匀后，分别取O. ImL滴加到板营养琼脂培养基，每个样品做三个平行样，并用灭菌三角耙涂匀，置于37°C恒温箱中培养48h后按照GB/T 4789. 2的方法进行活菌计数。对所有成分样品进行生物安全性能检测。采用噻唑蓝(MTT)比色法测定细胞生存率，进而评价抗感染钛金属材料的生物安全性。将MG63细胞的冻存管从液氮中取出，37°C水浴中快速融化，离心弃上清，加入新鲜配制的含10%胎牛血清的DMEM高糖培养基中反复吹打成细胞悬液后移入培养瓶中，置于37°C、饱和湿度、体积分数为5%的CO2恒温培养箱中静置培养，隔日换液。3-4天传代，倒置相差显微镜观察细胞形态。取生长旺盛的MG63细胞，2. 5 g/L胰蛋白酶消化后用含10%胎牛血清的DMEM培养液制备成细胞密度约为6 X 104/mL的单细胞悬液，接种于5块96孔培养板，每板设A、B、C、D、E实验组及调零组，每组10孔，实验组每孔中均加入细胞悬液100 μ 1，37°C、5 % CO2条件下静置培养。待细胞贴壁生长后弃去原培养液，PBS反复冲洗，按实验分组加样。加样24h、48h、72h、96h、120h后，每孔加入新鲜配制的5mg/ mL的无菌MTT溶液，继续培养4h终止培养。小心弃去原培养液，每孔加入150μ1 DMS0，室温下微量振荡器振荡培养板10 min使结晶物充分溶解。用酶联免疫检测仪在490nm波长处测定各孔光密度(optical density, 0D)值。测试中重复三次取各组平均值。计算细胞相对增殖率(relative growth rate, RGR),计算公式RGR=(实验组OD值/培养基OD值)X 100%,然后根据5级毒性本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种抗感染医用钛金属材料，其特征在于：在医用纯钛中添加1？30？wt％的铜元素，该钛金属材料的化学成分为：重量百分比Ti：余量；Cu：1？30。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：任玲，李述军，杨柯，郝玉琳，
申请(专利权)人：中国科学院金属研究所，
类型：发明
国别省市：
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