[发明专利]医用植入材料表面功能原子掺杂的分子筛涂层的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于具有较高生物活性分子筛涂层的制备技术领域，具体涉及一种采用共合成法在新一代医用植入材料表面制备功能元素掺杂的分子筛活性涂层的方法，从而使该医用植入材料具有良好的生物活性、耐腐蚀性、较低的弹性模量和较高的粗糙度，实现该医用植入材料在硬组织替代物等方面的应用。

背景技术

在生物医用材料中，金属材料具有较高的强度和韧性、良好的耐腐蚀性和生物相容性，被广泛应用于修复和置换人体内的硬组织。金属材料在人体环境中不可避免存在着腐蚀和磨损现象，由此造成的金属离子溶出对人体组织有毒害作用，影响人体组织的正常新陈代谢。此外，金属材料属于生物惰性材料，植入人体后与人体组织不能发生亲和性结合，仅仅是简单的机械锁合，并且致密钛合金的弹性模量与人骨相差很大，长此以往会导致植入体的失败，给患者造成二次伤害。为了克服现有医用植入材料在耐磨性、耐腐蚀性、生物活性、弹性模量等方面的缺陷，在新一代植入材料表面制备涂层是解决上述问题的有效途径。

分子筛是一类具有规则、均一孔道结构的无机晶体材料，不仅具有良好的生物相容性和成膜性，而且具有优异的防腐蚀和抗菌能力，其弹性模量约为30GPa，接近人骨的弹性模量。目前，分子筛材料已经在抗菌、杀菌、药物缓释、快速止血等方面展现了良好的应用。其中，硅酸盐分子筛的主要成分Si是健康骨和结蹄组织必不可缺的微量元素，Si的存在能有效改善材料的生物学性能，促进骨成熟。严玉山(Adv.Funct.Mater.2009,19,3856–3861)等人在Ti₆Al₄V人工假体表面制备了一类硅铝酸盐分子筛涂层。王金成等人(CN 101791433 A)通过原位生长法在Ti₆Al₄V表面制备了具有抗菌能力的硅铝酸盐分子筛涂层，其与基底的结合力达到25N。尽管分子筛涂层在医用植入材料方面已经取得了一定的进展，然而Al元素的存在会引起骨软化、贫血、神经系统功能紊乱等症，因此制备一类具有更高生物活性的分子筛涂层显得尤为重要。

新一代医用植入材料是一类具有较低弹性模量、良好生物相容性、能够与自然骨更好匹配的新型合金材料(CN 102534301 A，201410505297.7)，其弹性模量为30～60GPa，接近人骨的弹性模量，因此探索该类合金在生物医学方面的应用具有重要的价值。目前，还没有将功能元素(Mg、Zn、Ca、Cu、Sr等)引入纯硅分子筛(Silicalite-1)，并用于新一代医用植入材料表面处理的报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种简单快捷的合成方法，即提供一种通过共合成法在新一代医用植入材料表面制备功能元素掺杂的分子筛活性涂层方法。由于采用的新一代医用植入材料具有较低的弹性模量，通过在其表面制备分子筛涂层，有利于结合两者的优势，使复合材料具有较低的弹性模量以及较高的生物活性。通过该方法制备的分子筛活性涂层在新型钛合金表面负载均匀且具有良好的亲水性，有利于成骨细胞在其表面附着。

该方法适用于在各类基底材料表面制备不同功能原子掺杂的分子筛活性涂层，通过改变基底以及掺杂原子的种类，使制备得到的医用植入材料在人工关节、植入体、心血管支架等方面发挥良好的作用。

本发明所述的在新一代医用植入材料表面制备功能元素掺杂的分子筛活性涂层的方法，其步骤如下：

(1)医用植入材料的表面预处理：将医用植入材料分别置于丙酮、去离子水和乙醇中超声清洗10～30min，然后将医用植入材料浸泡到浓度为5～30wt％的双氧水溶液中10～60min，使医用植入材料表面带有更多的羟基基团，然后用去离子水冲洗，氮气吹干；

(2)医用植入材料表面Silicalite-1分子筛晶种的制备：将0.5～2g的Silicalite-1分子筛晶种超声分散到20～100mL去离子水中，然后将表面预处理的医用植入材料浸入到上述溶液中5～30min，取出后在室温下干燥，再放置到80～150℃烘箱中处理1～6h；