[发明专利]一种改性医用钛金属材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于医用钛金属材料技术领域，具体涉及一种改性医用钛金属材料，同时还涉及一种改性医用钛金属材料的制备方法。

背景技术

钛金属以及钛合金以其良好的生物相容性、与骨组织相近的弹性模量及在生物环境下优良的抗腐蚀性，在人工骨替代材料方面得到了广泛研究和临床上的应用。但是，钛金属材料本质上属于生物惰性材料，本身不具备生物活性，作为植入体与骨组织之间不能形成强有力的化学骨性结合，长期使用后会存在松动现象；另外在植入过程中，植入体可能带入周围环境的细菌，从而引发骨髓炎等术后感染。为提高植入体与骨组织之间的界面融合，并改善植入体的抑菌性，对钛金属及钛合金进行表面改性成为植入材料当前的研究热点之一。

现有技术中，改善钛金属及其合金表面生物活性的方法主要是采用单种或多种具有生物活性的无机物对其表面进行改性，例如羟基磷灰石，二氧化钛等；一般利用银离子作为抗菌成分，来构筑具有抑菌作用的生物活性涂层材料或复合涂层材料，从而实现骨移植材料与硬组织间的生物活性结合。这些方法可以显著改善钛金属及其合金材料的生活相容性和抗菌性，但普遍存在涂层与基底材料结合强度弱的问题；在受力和体液的共同作用下，涂层易脱落以及溶解等，导致涂层失效，进而引起植入体失效。

发明内容

本发明的目的是提供一种改性医用钛金属材料，解决现有医用钛金属涂层与基底材料结合强度弱、涂层容易脱落及溶解的问题。

本发明的第二个目的是提供一种改性医用钛金属材料的制备方法。

为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：一种改性医用钛金属材料，包括医用钛金属，所述医用钛金属表面具有生物活性涂层，所述生物活性涂层是将医用钛金属进行表面羟基化后，引入带有端双键的硅烷偶联剂分子，再通过原位聚合共价接枝聚苯胺形成的。

所述医用钛金属为纯钛或钛合金。

一种上述的改性医用钛金属材料的制备方法，包括下列步骤：

1）表面羟基化：将清洗后的医用钛金属置于piranha溶液中进行氧化处理，后取出，水洗并晾干，得表面羟基化的医用钛金属；

2）表面端双键化：将步骤1）所得表面羟基化的医用钛金属置于甲苯中，加入带有端双键的硅烷偶联剂进行回流反应，反应10～40h后取出，清洗后晾干，即得表面端双键化的医用钛金属；

3）接枝聚苯胺：将苯胺、过硫酸铵加入乙醇中制成混合液，控制混合液的pH为1～3；将步骤2）所得表面端双键化的医用钛金属置于所述混合液中，室温下反应1～24h，取出，清洗后晾干，即得。

步骤1）中所述医用钛金属的清洗为依次经过打磨、抛光、超声清洗处理。

步骤1）中所述氧化处理的温度为50～90℃，时间为2～60min。

步骤2）中所述带有端双键的硅烷偶联剂为γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷中的任意一种。

所述带有端双键的硅烷偶联剂与甲苯的体积比为1～10:100。

步骤3）所述混合液中，乙醇与苯胺的体积比为10～100:1。

步骤3）所述混合液中，所述过硫酸铵的加入量为每ml苯胺加入0.05～1g过硫酸铵。

步骤2）中所述清洗是用甲苯清洗；步骤3）中所述清洗是依次用乙醇、水清洗至中性。

步骤3）中控制混合液的pH的方法为加盐酸、硫酸或高氯酸中的任意一种进行控制。

聚苯胺是一种具有良好生物相容性的医用高分子材料，但同时又兼具合成简单与良好的抑菌性。

本发明的改性医用钛金属材料，将医用钛金属进行表面羟基化后，引入带有端双键的硅烷偶联剂分子，再通过原位聚合将聚苯胺分子共价接枝在医用钛金属表面，在医用钛金属表面形成生物活性涂层，具有良好的生物相容性、抑菌性和稳定性；对常见菌种如大肠杆菌、金黄色葡萄球菌均有良好的抑菌能力，抑菌率可达90%以上；生物活性涂层与基底材料化学键合，结合强度高，不易脱落，增加了植入体的稳定性，延长了植入体的使用寿命。

本发明的改性医用钛金属材料的制备方法，依次采用表面羟基化、分子自组装端双键化和原位聚合共价接枝聚苯胺的工艺，在医用钛金属表面形成均匀、化学接枝的聚苯胺分子，实现生物活性涂层与基底材料的化学结合；所得生物活性涂层稳定性好，与基底材料结合强度高，解决了现有医用钛金属涂层与基底材料结合强度弱、涂层容易脱落及溶解的问题；工艺简单，操作方便，无需特殊设备，生产成本低，易于实现大规模工业化生产。

附图说明