[发明专利]一种晶体硅表面生物学改性的新方法

说明书

技术领域

本发明属于晶体硅表面改性领域，特别是涉及一种晶体硅表面生物学改性的新方法。

背景技术

由于具有体积小、精度高、响应快速等优点，晶体硅是制作生物芯片(Biochips)、微传感器(Micro-sensors)、微电子机械系统(MEMS)等微型器件的关键材料，而这些器件在生物学和医学领域具有广泛的用途。以晶体硅为核心部件的微型器械可实现疾病的快速诊断与精确治疗，减轻病患者的痛苦，提高医疗效率与效果，预计不久将应用于临床医疗。但是，晶体硅自身为生物惰性材料，在与人体组织直接接触时会产生不良生理反应，如引起炎症、凝血障碍、组织病变等问题，不能应用于人体内，因而改善晶体硅表面的生物学性能是目前和今后研发和应用微型生物和医学器件的关键之一。

目前，仅有少量研究工作涉及改善晶体硅的表面生物学性能，包括通过表面离子注入法使晶体硅表面具备诱导羟基磷灰石沉积的能力[Liu X Y et al.Biomaterials，2004，25(6)：5575]以及采用化学沉积[Chen S et al.Appl.Surf.Sci.，2004，230(5)：418]、溶胶-凝胶(sol-gel)法[Hwang K et al.Surf.Coat.Technol.，1999，115(2)：172]、激光熔覆[Guillot N O et al.J.Appl.Phys，1996，80(6)：1803]、仿生沉积[Hata K et al.J.Ceram.Soc.Jpn.，2002，110(11)：990]等几种方法在晶体硅表面制备具有生物相容性的羟基磷灰石(Hydroxyapatite，HA)生物涂层。但离子注入需要昂贵的专用设备，而且对产生离子的原材料的纯度要求很高，因此离子注入方法更适合实验研究而难以获得广泛应用；化学沉积法需以悬浮液为前驱体，所制备的HA层厚度难以控制，而高温烧结处理常导致其它磷酸钙盐的生成，这将使HA层的生物活性下降；溶胶-凝胶(sol-gel)法同样需经过高温后处理，HA涂层成分多样化使其生物相容性降低；而激光熔覆法在制备过程中产生的超高温使HA容易出现分解，涂层生物相容性会相应减弱，此外激光辐照部分与未照射部分的巨大温差则会在HA涂层中产生残余应力，导致HA涂层脆性增大；仿生沉积法需要在晶体硅表面预吸附OH^-形成Si-OH负电活性中心，从而在仿生理溶液中诱导沉积形成硅基HA涂层，但晶体硅表面非常稳定，难以吸附负电基团，因此目前的研究也还局限于将仿生沉积法应用于具有一定离子吸附性能的多孔晶体硅的表面生物学改性。

此外，采用以上方法制备的硅基HA涂层，涂层与基材之间因成分差异且没有中间过渡层，通常存在明显的分界面，HA涂层容易剥离。

基于上述晶体硅表面生物学改性方法的不足，非常需要发展用于生物医用晶体硅表面生物学改性的新方法。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种晶体硅表面生物学改性的新方法，以解决以往生物医用硅片的涂层与基材之间因成分差异且没有中间过渡层，通常存在明显的分界面，生物涂层容易剥离，或者在涂层过程中因采用高温技术导致涂层的生物相容性差的技术问题，从而实现晶体硅表面的生物学改性。

本发明公开了一种晶体硅表面生物学改性的新方法，主要原理是利用晶体硅与热的碱性溶液反应，在晶体硅表面形成薄的硅酸盐胶体层，再将其在模拟体液中浸泡诱导沉积骨状磷灰石层，形成硅基硅酸盐-骨状磷灰石复合生物涂层，从而实现晶体硅的表面生物学改性。

新方法的特征在于，包括以下步骤：

i)硅基硅酸盐胶体薄层的制备：将无机或有机碱性试剂溶于纯净水、去离子水或蒸馏水中配制碱性溶液；将晶体硅在所配制的碱性溶液中浸渍，致晶体硅表面形成硅酸盐胶体薄层；

ii)模拟体液(Simulated Body Fluid，SBF)的制备：配制SBF，SBF的pH值用缓冲液调节；

iii)骨状磷灰石生物活性层的制备：将i)中已制得的表面附有硅酸盐胶体薄层的晶体硅直接放入到ii)中已配制好的SBF中，在接近人体温度下浸泡，在硅酸盐胶体薄层表面诱导形成骨状磷灰石生物活性层；

iv)硅基硅酸盐-骨状磷灰石复合生物涂层的形成：将iii)中已制得的同时附有硅酸盐胶体薄层和骨状磷灰石生物活性层的晶体硅用纯净水、去离子水或蒸馏水反复淋洗后干燥，在晶体硅表面形成以硅酸盐为过渡层和以骨状磷灰石为外层构成的复合生物涂层，即最终形成硅基硅酸盐-骨状磷灰石复合生物涂层。