CN100551450C - 一种抗菌型生物活性钛涂层的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种抗菌型生物活性涂层及制备方法，其特征在于采用NaOH溶液与含Ag⁺过饱和磷酸钙溶液对钛涂层进行处理，使其兼具生物活性与抗菌性能。制备的抗菌型生物活性钛涂层含Ag⁺离子浓度为0.01-0.1mM，制作步骤是：先采用真空等离子体喷涂技术，在优化的工艺参数(表1)条件下将钛粉末沉积于已清洗和喷砂的金属基体(如钛合金)上。所制备的钛涂层浸入3-10M NaOH溶液中，在20-80℃下保温12-48h，取出后用去离子水超声清洗2-6次，每次3-10分钟，然后于20-80℃下干燥12-48h。干燥后的钛涂层，浸入含有Ag⁺的磷酸钙过饱和溶液，20-37℃下保温12-60h，然后在100-150℃下干燥2-6h。制备的钛涂层显示较好的抗菌性能以及无明显细胞毒性。

Description

一种抗菌型生物活性钛涂层的制备方法

技术领域

本发明涉及一种抗菌型等离子体喷涂生物活性钛涂层及制备方法，属于医用生物涂层领域。

背景技术

在钛及钛合金等金属植入体表面制备等离子体喷涂钛涂层，是改善其与骨组织结合的常用方法。粗糙的钛涂层表面可增加植入体与骨组织间的接触面积，增加骨和多孔表面之间的机械嵌合作用，植入体和骨界面的剪切强度因此明显提高。喷涂有等离子体喷涂钛涂层的人工关节等硬组织植入体已获临床应用。然而，钛涂层属于生物惰性涂层，不具生物活性，对骨组织的生长并没有促进诱导作用，其临床使用效果仍有待改善。

为了提高钛涂层的生物固定效果，赋予其生物活性，近年来研究开发了多种对钛表面进行活化处理的方法，研究较多的是化学方法进行表面处理。化学处理可使钛涂层具有生物活性。然而，具有生物活性的钛涂层表面可能为细菌的生长、繁殖提供环境，增加了感染的可能性。为了更有效地防止感染，抑制细菌、霉菌等病原菌在其表面生长，可在涂层中加载抗菌剂。银作为一种最常用的无机抗菌剂，具有高效、安全、抗菌谱广等优点，被广泛应用于抗菌制品中。在对钛涂层进行生物活化处理的同时，如能加载含银物质，则有望制备兼具生物活性与抗菌性能的钛涂层于是形成本发明的构思。

发明内容

基于钛涂层优良的机械性能和银盐的广谱抗菌等优点，本发明的目的在于提供一种抗菌性生物活性钛涂层及制备方法，具体地说本发明拟采用化学方法对真空等离子体喷涂钛涂层进行表面改性，使其既具有生物活性，又具有抗菌性能。

本发明的具体工艺过程如下：先采用真空等离子体喷涂方法，在优化的工艺参数(表1)条件下将钛粉末沉积于已清洗和喷砂的金属基体(如钛合金)上。所制备的钛涂层浸入3-10M NaOH溶液中，在20-80℃下保温12-48h，取出后用去离子水超声清洗2-6次，每次3-10分钟，然后于20-80℃下干燥12-48h。干燥后的钛涂层，浸入含有Ag⁺的磷酸钙过饱和溶液，20-37℃下保温12-60h，然后在100-150℃下干燥2-6h即可。

表1喷涂参数范围

Slpm：标准升/分钟

含有Ag⁺的磷酸钙过饱和溶液配制过程如下：依次称取NaNO₃，Ca(NO₃)₂·4H₂O，K₂HPO₄·3H₂O组成溶液，用三羟基氨基甲烷和HNO₃在20-37℃下调节溶液的PH值至7.40-7.50。然后将银盐(例如AgNO₃)加入过饱和的磷酸钙溶液中，使Ag⁺浓度为0.01-0.1mM。

由此可见，本发明提供的抗菌型生物活性钛涂层含Ag⁺离子浓度为0.01-0.1mM。

所述的钛涂层是以钛合金为基体，采用真空等离子喷涂方法将钛粉沉积于基体上。

本发明提供的Ag⁺离子改性的钛涂层具有较好的抗菌性能。经薄膜密贴法抗菌试验发现，本发明提供的上述改性钛涂层的抗菌率随银含量的增加而增加(见图1)。同时，本发明提供的Ag⁺离子改性的钛涂层于模拟体液(配制方法见S.Cho，K.Nakanishi，T.Kokubo，et al.J Am Ceram Soc.1995，78：1769-1774)中浸泡2天后，表面即可生成类骨磷灰石层(见图2)，表明涂层具有良好的生物活性。体外细胞毒性试验表明，经Ag⁺浓度不大于0.1mM的过饱和磷酸钙溶液改性后的钛涂层(CA0.1)没有明显细胞毒性。MTT比色法检测的Ag⁺浓度不大于0.1mM的过饱和磷酸钙溶液改性后的CA0.1涂层毒性级别为0，细胞形貌见图3。

附图说明

图1经24h培养，改性钛涂层对大肠杆菌、绿脓假单胞菌和金黄色葡萄球菌的抗菌率。

图2改性钛涂层浸入模拟体液2天后的SEM图。

图3MTT比色法检测CA0.1体外细胞毒性试验中的细胞形态。阳性对照有很强的毒性，而阴性对照没有毒性。

图4CA、CA0.02、CA0.06和CA0.1试件表面24h培养细菌后的菌落照片。

(a)大肠杆菌；(b)绿脓假单胞菌；(c)金黄色葡萄球菌

具体实施方式

下面通过实施例进一步阐明本发明的实质性特点和显著的进步，但绝非限制本发明。

实施例1：

利用真空等离子体喷涂方法制备钛涂层，将其浸入5M NaOH溶液中，在60℃下保温24h，取出后用去离子水超声清洗3次，每次5分钟，然后40℃下干燥24h。配制含Ag⁺离子0.02mM的过饱和磷酸钙溶液：依次称取12.0700g NaNO₃，0.8856g Ca(NO₃)₂·4H₂O，0.3423g K₂HPO₄·3H₂O，0.0034gAgNO₃，放入1000ml去离子水中，25℃下用HNO₃和6.0600g三羟基氨基甲烷调溶液的PH值至7.42。碱处理的钛涂层浸入过饱和磷酸钙溶液中，25℃下保温48h，然后在120℃下干燥2h。样品编号为CA0.02。

经过Ag⁺改性后的钛涂层CA0.02对大肠杆菌、绿脓假单胞菌和金黄色葡萄球菌的抗菌率分别为98％、94％和63％。试件表面24h培养细菌后菌落照片见图4。根据国家标准GB15979-1995《产品抑菌和杀菌性能与稳定性测试方法》中规定，抑菌率≥50％可以报告产品有抑菌作用，因而可认定CA0.02钛涂层对大肠杆菌、绿脓假单胞菌等革兰氏阴性菌和金黄色葡萄球菌等阳性菌具有良好的抗菌效果。MTT比色法检测CA0.02的体外细胞毒性级别为0，表明无明显细胞毒性。

实施例2：

采用与上面相同的方法制备含配制含Ag⁺离子0.06mM的过饱和磷酸钙溶液。而后采用与实施例1相同的步骤制备成含Ag⁺改性钛涂层CA0.06。CA0.06涂层对大肠杆菌、绿脓假单胞菌和金黄色葡萄球菌的抗菌率分别为99％、99％和95％。试件表面24h培养细菌后菌落照片见图4。结果显示CA0.06涂层对大肠杆菌、绿脓假单胞菌等革兰氏阴性菌和金黄色葡萄球菌等阳性菌有良好的抗菌效果。MTT比色法检测CA0.06的体外细胞毒性级别为0，表明无明显细胞毒性。

Claims (8)

1、一种抗菌型生物活性涂层的制备方法，其特征在于采用化学方法对真空等离子体喷涂钛涂层进行表面改性，具体工艺步骤是：

①先采用真空等离子喷涂方法，将钛粉末沉积于钛合金基体上，制备出钛涂层；

②将步骤①制备的钛涂层浸入NaOH溶液中，在20-80℃条件下保温；

③保温取出后用去离子水超声清洗2-6次，然后于20-80℃干燥12-48h；

④干燥后的钛涂层浸入含有Ag⁺离子浓度为0.01-0.1mM的磷酸钙过饱和溶液，20-37℃保温，最后在100-150℃干燥2-6h。

2、按权利要求1所述的抗菌型生物活性涂层的制备方法，其特征在于步骤①中所述的真空等离子喷涂，将钛粉沉积于钛合金基体上的工艺参数是等离子气体Ar和H₂的流量分别为35-45标准升/分钟和7-16标准升/分钟，粉末载气Ar流量为1.0-3.0标准升/分钟，喷涂距离为200-300mm，送粉速率为10-30g/min，真空度为100-300毫巴。

3、按权利要求1所述的抗菌型生物活性涂层的制备方法，其特征在于钛涂层浸入3.0-10MNaOH溶液中。

4、按权利要求1所述的抗菌型生物活性涂层的制备方法，其特征在于步骤②所述的保温时间为12-48h。

5、按权利要求1所述的抗菌型生物活性涂层的制备方法，其特征在于步骤③所述的去离子水超声清洗每次3-10分钟。

6、按权利要求1所述的抗菌型生物活性涂层的制备方法，其特征在于步骤④所述的过饱和磷酸钙溶液由NaNO₃、Ca(NO₃)₂·4H₂O、K₂HPO₄·3H₂O组成，且pH值为7.40-7.50；所述的Ag⁺为AgNO₃。

7、按权利要求6所述的抗菌型生物活性涂层的制备方法，其特征在于过饱和磷酸钙溶液的pH值是用三羟基氨基甲烷和HNO₃在20-37℃下调节的。

8、按权利要求1所述的抗菌型生物活性涂层的制备方法，其特征在于步骤④所述的20-37℃条件下保温时间为12-60h。

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