[发明专利]纯钛或钛合金表面分子筛抗菌涂层及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种表面抗菌涂层及其制备方法，特别是涉及可用于骨科临床使 用的纯钛或钛合金内固定板、人工关节假体表面的分子筛抗菌涂层及其制备方法。

技术背景

纯钛和钛合金具有良好的生物相容性、生物力学性能及抗腐蚀能力，已被广 泛应用于骨科植入材料的制备。然而，包括纯钛和钛合金在内的任何非生物体的 植入往往有术后感染的风险。由植入材料引起的术后感染一般不能通过常规的全 身性抗生素治疗治愈，这是因为细菌在材料表面生长形成的菌膜可以耐受较高浓 度的抗生素，而抗生素的全身给药不足以提供有效的局部杀菌浓度，最终取出植 入物并重新手术往往是治疗术后感染的唯一途径。植入材料引起的术后感染可导 致严重的后果，如骨髓炎、截肢甚至死亡。术后感染不仅加剧了患者的痛苦、加 重患者的经济负担，而且大大增加了临床上防治的医疗投入。目前在临床上虽然 有严格的无菌操作和全身的抗菌素的预防，在很大程度上降低了术后感染的风险， 但植入物引起的术后感染仍然有3％的发生概率，鉴于术后感染的严重后果，人们 一直在努力寻求进一步降低术后感染风险的方法。一个简单并且有效的方法是在 材料表面负载或修饰抗菌剂，使植入材料表面具有抗菌性能。

常用的抗菌剂一般可分为有机抗菌剂(抗生素和非抗生素有机分子)和无机 抗菌剂(银、铜、锌金属或金属离子等)。负载有机抗菌剂的一个典型例子是已广 泛应用于临床的负载抗生素的骨水泥，自从上世纪七十年代初首次使用以来，在 临床上取得了很好的效果，大大降低了术后感染的风险，然而其副作用是导致耐 药菌的大量出现，而一旦出现耐药菌感染问题将更加棘手。美国专利US5756145 报道了一种在植入材料表面负载抗生素的多层涂层。与有机抗菌剂相比，无机抗 菌剂具有广谱抗菌、稳定、耐高温、长效、生物相容性好和耐药性低等优势，近 年来引起人们广泛关注。目前，通过负载无机抗菌剂(特别是银或银离子)制备 钛或钛合金表面抗菌涂层的方法有很多，例如国际专利WO2009100792报道了 一种阳极氧化方法将银沉积在钛或钛合金表面，通过银的缓慢氧化达到缓释银离 子长效杀菌的作用；Chen等人提出了一种磁控溅射共喷涂羟基磷灰石和银的方法 (Biomaterials 2006；27(32)：5512-5517)；Ewald等提出了使用一种物理气相沉积 (PVD)技术在钛合金表面沉积银的方法(Biomedical Engineering Online 2006 Mar 24；5)。美国专利US6582715报道了一种将交换了银离子的分子筛颗粒嵌入 树酯中黏附于植入材料表面或将分子筛粉末直接喷涂于材料表面的方法，当材料 表面与人体组织或体液接触时，银离子可通过离子交换进入体内起到抗菌作用。

分子筛作为一种多孔材料以其优异的催化、吸附、分离性能在化工等传统领 域有着极其广泛与重要的应用。近年来，随着分子筛膜制备、主客体组装等技术 的发展，分子筛膜等器件材料不断拓展其在防腐蚀、传感器、材料表面功能化修 饰等诸多方面的应用，并且逐渐扩展到生物医学领域，如抗菌、杀菌、药物缓释、 快速止血等。国内外的多项研究表明，分子筛材料不仅具有良好的生物相容性， 而且分子筛涂层具有优异的防腐蚀和抗菌能力，其力学强度大大优于羟基磷灰石， 而其独特的规则孔结构可以负载具有特定功能的分子或离子，这更是其他材料无 法比拟的优势。

目前尚无在纯钛或钛合金表面直接生长分子筛涂层并负载抗菌离子的报道。

发明内容：

本发明的目的是在纯钛或钛合金骨科内固定物、人工假体的表面制备一种新 型的抗菌分子筛复合涂层，通过其缓释抗菌离子，起到预防及治疗骨科内植物感 染的功效。

本发明所述的在纯钛或钛合金表面分子筛抗菌涂层，其特征在于：在纯钛或 钛合金表面制备分子筛抗菌涂层，所述分子筛为NaA、NaY、NaX、ZSM-5、LTL、 SOD、NaP、ZSM-2或MOR，抗菌离子为银离子；抗菌离子通过与分子筛孔道 中的碱金属离子交换后进入分子筛涂层，在分子筛抗菌涂层中银离子的含量是 1～41wt％，分子筛抗菌涂层的厚度为1～4μm。

本发明所述的纯钛或钛合金表面分子筛抗菌涂层的制备步骤如下：

(1)纯钛或钛合金表面预处理：将纯钛或钛合金材料置入含2％(v/v)清洁 剂(如白猫牌家用洗洁精)的去离子水中，在60～80℃下浸泡1～5h， 然后用去离子水超声洗净，干燥，随后用紫外灯照射12～24h；