[发明专利]一种可促进血管形成与抗感染生物活性涂层及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种可促进血管形成与抗感染生物活性涂层及其制备方法和应用，该涂层主要由二氧化钛构成，其中掺杂有钙、磷、锶、钴、硅和氟元素，并含有钠和/或钾元素，该涂层中各元素的质量分数为：钙3～18％、磷1～15.1％、锶0.5～7％、钴1.9～8.2％、硅1～9％、氟0.5～7.9％、钠和/或钾0.1～2.1％，余量为二氧化钛。该涂层在制备时采用微弧氧化技术，在配好的电解液中，一步法直接在钛或钛合金表面原位生成该涂层。该涂层可显著促进细胞的成骨功能、抑制细菌黏附和生长、促进血管形成，可作为人工骨、髋关节或牙种植体及其他医用种植体表面的多功能涂层进行应用。

技术领域

本发明属于医用多功能生物陶瓷涂层和纳米材料技术领域，具体涉及一种可促进血管形成与抗感染生物活性涂层及其制备方法和应用。

背景技术

钛及其合金具有耐蚀性好、化学稳定性强、比强度高、生物相容性优异等优点，被广泛用作人体硬组织修复与替换材料。据报道，钛及其合金优异的生物相容性和耐腐蚀性主要归因于其表面自然存在的一层氧化钛薄膜，但氧化钛属于生物惰性材料，不具备优异的生物活性和抗细菌感染的能力，植入体后不能与宿主骨形成化学结合，严重影响了植入效果，容易导致植入失败。研究表明：纳米材料相比于传统材料在促进骨细胞粘附、增殖和分化方面表现出明显优势；多孔材料，尤其是具有微米级孔径的材料也能显著促进细胞的粘附和增殖，且多孔材料在体内有利于新骨的内生长，增强新生骨和植入体之间的结合，加速患者康复。据此，研究者借助微弧氧化方法，在钛及其合金表面制备掺杂钙、磷元素的多孔状氧化钛涂层，研究结果显示此涂层能改善钛金属生物活性。近期研究表明通过微弧氧化法，可将人体所含微量元素锶和硅掺杂于多孔状氧化钛涂层中，但却另有研究表明此类元素可抑制骨细胞增殖，故综合掺杂后涂层的生物学性能还需进一步考证。为了提高多孔状氧化钛层抗菌性能，研究者通过微弧氧化法将锌、铜元素掺杂于其中，此法可增强涂层抗菌性能，但同时也会抑制成骨相关细胞的活性，影响其成骨功能。可见，通过微弧氧化法可以改善钛生物活性，提高其抗菌性，但是还需要进一步优化改良。

种植体植入体后，种植体周围新骨的形成，不仅与种植体生物活性和抗菌性能有关，而且与种植体周围血液供应也息息相关。因为种植体周围良好的血液供应既可以向损伤区域供应氧、各种营养物质，同时还可以将组织的代谢废物及时排除，这样有助于种植体周围新骨形成，甚为遗憾的是目前使钛及其合金表面具有促进血管形成能力的方法鲜有报道。钴元素在生物体微环境下可诱导局部缺氧环境的产生，继而促进缺氧诱导因子(HIF-1α)生成，产生一系列适应缺氧环境的变化，其中包括促进局部环境新生血管的生成。但是有研究者将其负载二氧化钛纳米管涂层却出现了细胞毒性，抑制细胞生长。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可促进血管形成与抗感染生物活性涂层及其制备方法和应用，该涂层同时具备高生物活性、成骨、抗感染和促进血管形成等多项功能。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种可促进血管形成与抗感染生物活性涂层，该涂层的主要成分为二氧化钛，并且在二氧化钛中掺杂有钙、磷、锶、钴、硅和氟元素，同时还掺杂有钠和/或钾元素；该涂层中各元素的质量分数为：钙3～18％、磷1～15.1％、锶0.5～7％、钴1.9～8.2％、硅1～9％、氟0.5～7.9％、钠和/或钾0.1～2.1％，余量为二氧化钛。

该涂层呈微米级多孔结构，孔径为2～4μm；该涂层表面呈纳米颗粒状，晶粒尺度为20～80nm；该涂层与基体的结合强度为38～55N。

所述的可促进血管形成与抗感染生物活性涂层的制备方法，其具体步骤为：

在电解液中，以钛或钛合金试样为阳极、不锈钢为阴极，采用脉冲电源对钛或钛合金试样进行微弧氧化处理，即在钛或钛合金试样的表层生成可促进血管形成与抗感染生物活性涂层；其中电解液是以水为溶剂，以钙盐、磷酸盐、锶盐、钴盐、硅酸盐和氟盐为溶质配制而成的，并且电解液中含有钠离子和/或钾离子。