[发明专利]一种调节氮化硅陶瓷生物活性和抑菌性能的方法及其应用

说明书

本发明公开了一种调节氮化硅陶瓷生物活性和抑菌性能的方法及其应用，将氮化硅陶瓷洗净自然干燥，配制氢氟酸、双氧水的混合水溶液作为酸性氧化电解质溶液，加入金属离子盐水溶液，得到金属离子辅助酸性氧化电解质溶液，将氮化硅陶瓷静置于金属离子辅助酸性氧化电解质溶液中，反应结束后洗净烘干。本发明采用无痕处理工艺，在不改变氮化硅陶瓷表面形貌的情况下调节氮化硅陶瓷的生物活性及抑菌性能，该方法具有简单易行、条件易于控制、成本低、节省能源等优点，改性后的氮化硅陶瓷可用做医用植入材料和替代物。

技术领域

本发明属于氮化硅陶瓷技术领域，涉及氮化硅陶瓷的改性及应用，具体涉及氮化硅陶瓷改性以调节其生物活性、抑菌性能的方法及相应的应用。

背景技术

随着世界范围内人口老龄化趋势的加大，可植入生物材料在医疗健康领域的使用越来越普遍。在最具代表性的骨外科中，人工关节等一系列可植入材料的需求和使用呈现快速增长的趋势。在逾半个世纪的发展中，人工关节的材料系统(即球头对髋臼的材料系统)经历了金属对金属、金属对交联高分子、陶瓷对陶瓷几个主要的发展阶段，总体的发展思路是在满足力学要求的同时降低假体磨损碎屑的产生。抗磨损性能非常好的陶瓷对陶瓷系统(Al₂O₃或ZrO₂增韧的Al₂O₃(ZTA))也于最近几年进入临床使用。目前的人工关节在长时间使用的尺度上仍然存在抗磨损、抗腐蚀性差，溶出物毒性、脆裂和植入后异响等问题。另外，Al₂O₃和ZTA系统还尚未经历长时间的临床检验。在这样的趋势下，开发新型骨科植入材料的需求仍然紧迫。

氮化硅陶瓷是非氧化物陶瓷，在工业上被大量应用，自1989年开始应用于生物医用材料，以氮化硅为基础的植入物因其具有良好的机械强度、微结构和细胞毒性，在脊柱和颌面外科得到大量的应用。S.W.SHARKAWY报道了Y₂O₃、Y₂O₃与Al₂O₃掺杂的氮化硅在25～80℃温度下不同浓度HF溶液中的刻蚀，结论是氮化硅发生了不同程度的刻蚀，表面形貌发生了明显的变化(Corrosion Science，Vol.39No.6pp1119-1129,1998)，郇昌天等(现代技术陶瓷，20113页码3-8)总结了同样的结果。经过掺杂的氮化硅在不同温度不同浓度的HF溶液中刻蚀的结果都是表面形貌发生了很明显的变化。中国发明专利CN1301241A公开了氮化硅用作医用生物材料的组合物、生产和应用，该医用生物材料将氮化硅添加二氧化锆、二氧化钛、二氧化铱、氧化钙、碳化硅和富铝红柱石中的一种或其混合物在超过50MPa的高压和在500～3000℃的温度下烧结制备形成。该专利是利用氮化硅的耐磨损性能，制造成人工关节，但是专利中并没有对其进行生物活性研究。目前对于氮化硅生物活性的研究多集中在表面喷涂生物活性材料如羟基磷灰石，但是表面喷涂成本高，与基体的结合强度不可控等因素限制了应用。阮世红等(实用口腔医学杂志200016(5))报道了氮化硅表面等离子喷涂羟基磷灰石作为复合种植体，研究了种植体与骨的界面结合情况，但是缺陷是只有在早期带有涂层的种植体的界面结合强度高于非涂层者，后期无显著性差异。此种方法的缺点就是涂层与氮化硅界面结合强度低，从而限制了应用。

T.J.Webster报道了氮化硅的骨整合及抑菌性能，但是只是局限于没有经过任何处理的氮化硅陶瓷(Acta Biomaterialia 8(2012)4447-4454)。

氮化硅生物陶瓷具有高强度、高耐磨性能，较小的杨氏模量，有望成为新的生物医学工程材料。目前的生物陶瓷不是生物活性较差，就是需要对其表面进行生物涂层处理，但是涂层处理往往存在涂层与基体结合强度低，或是体内稳定性差，从而限制了其在生物医学领域的应用。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的之一在于提供一种调节氮化硅陶瓷生物活性的方法，采用无痕处理工艺，在不改变氮化硅陶瓷表面形貌的情况下调节氮化硅陶瓷的生物活性。