[发明专利]载银纳米管阵列面抗菌功能化的人工关节

说明书

技术领域

本发明涉及一种载银纳米管阵列面抗菌功能化的人工关节，特别是涉及一种 表面具有掺银的钛酸钠纳米管负载骨形态发生蛋白(BMP)的人工关节及其制 备方法，属于人工关节材料技术领域。

背景技术

全球每年约有150万因退变性和炎症性关节炎导致的关节丧失功能患者需 进行人工关节置换术。其中金属材料用作制造人工关节应用最早，而且在目前临 床中的应用也仍最为广泛。随着时间的推移和临床研究表明，金属材料的人工关 节普遍存在人工关节发生松动、下沉或折断等情况，引起骨吸收，是影响人工关 节置换远期疗效的主要并发症之一。植入体表面形貌和化学特征改性被证明是一 种提高骨整合的有效手段，是一种可确保骨接触式种植体稳定性的可靠途径。

据研究表明银具有广谱抗菌、杀菌效率高、不易产生抗药性等特点，它接触 微生物并与菌体蛋白酶的-SH基结合，使微生物丧失活性而致细菌死亡。此外 银可与致病菌DNA碱基结合并形成交叉链接，置换嘌呤和嘧啶中相邻氮之间的 氢键，使DNA变性而不能复制，起到抑制或杀灭细菌的效果。进行外科移植的 人工关节，在植入前后都或多或少的会与外部环境接触，从而发生污染。而掺入 银元素的人工关节材料，能够极大的提高人工关节自身的抗菌消毒能力，增强其 临床应用上的安全性。但是银离子易随人体血液循环排出体外，必须要寻找合适 方法控制其缓慢释放。

骨形态发生蛋白(bone morphogenetic protein，BMP)是一类多功能生长因子， 能有效地诱导成骨、促进骨修复，对骨折愈合延迟和骨不连有显著疗效。BMP 在局部组织中迅速降解或随体液扩散，不能持久均匀地分布在骨缺损部位，难以 发挥出理想的成骨效应。单纯应用外源性BMP治疗骨缺损的效果并不理想，因 而必须有合适的载体材料与其复合，起到令BMP缓释的作用。各种载体系统对 BMP的缓释各有优缺点，因而研发功能更为完善的复合材料缓释载体，如：无 机/无机复合、有机/无机复合、有机/有机复合或者多材料复合载体，达到更好的 缓释甚至精确的控释BMP将成为今后研究的一个主要方向。

人体硬组织的主要无机质是钙磷相，而钛酸钠盐在体液中可以转变为水合二 氧化钛，使金属表面原位形成许多Ti-OH基团，从而诱导体液中的钙、磷沉积， 形成磷灰石层(Ceramics International，1996，79(24)：1127-1129)。另外由于钛酸 钠晶体的特殊结构，使得钠离子有着很强的交换能力，可以与多种阳离子进行置 换，从而进行离子缓释，加强钛酸钠结构层的功能性。同时表面微孔的特殊形貌 增大了比表面积，使得钛酸钠结构层在负载能力方面得到极大的增强。

制备具有生物活性的钛酸钠结构的常用方法是碱液水热合成技术。中国专利 ZL02117866.6“一种制备水合钛酸钠盐以及系列钛酸盐纳米管的工艺方法”公开 了一种基于碱液水热合成技术制备钛酸钠纳米结构的方法，即在密闭容器中使用 二氧化钛粉体或者偏钛酸粉体与氢氧化钠溶液进行水热反应，最终制得具有管状 结构的分散的钛酸钠盐。但该制备方法只能制备出分散的钛酸盐结构，并没有涉 及金属基体表面的制备。而钛酸钠作为一种极具潜力的生物医用材料，还很少有 应用于人工关节材料技术领域。因此寻找合适的工艺在人工关节金属基体表面制 备具有特殊结构的钛酸钠生物活性涂层，并且增强其功能性和负载能力，将越来 越受到人工关节材料技术领域的重视。

发明内容

本发明的目的在于提出一种载银纳米管阵列面抗菌功能化的人工关节及具 制备方法，通过两步阳极氧化法在金属基体表面构筑二氧化钛纳米管状结构，再 经水热合成将二氧化钛纳米管转变为钛酸钠纳米管，随后通过溶液浸渍离子交换 在钛酸钠纳米管阵列层内掺入微量元素银，最后通过离心负载技术在纳米管层内 负载骨形态发生蛋白。制备出的掺银钛酸钠纳米管阵列层与基体结合强度好，制 备工艺简单，可操作性强。

本发明通过以下技术方案加以实现：

在这种人工关节材料金属基体表面有一层经银掺杂的具有管状结构的钛酸 钠纳米管阵列层，其层内进一步负载有骨形态发生蛋白(BMP)。

具体制备的步骤如下：

1)首先选用纯钛或钛合金加工好人工关节；