[发明专利]一种在钛或钛合金表面制备生物活性复合涂层的方法

说明书

技术领域

本发明涉及人体硬组织替换材料表面处理，尤其是涉及一种在钛或钛合金表面制备生物活性复合涂层的方法。

背景技术

钛及其合金具有强度高、弹性模量低、耐蚀性强等优点，已被广泛地应用于生医植入材料，如人工关节、牙种植体、血管支架、骨板骨钉以及其他植入物和医疗器械。钛及其合金是一种生物惰性金属材料，能在人体内稳定存在。然而，钛及其合金通常不具有生物活性，植入人体后，表面会被一层纤维结缔组织覆盖，不能和骨组织产生直接的生物结合，因而容易发生松动，从而影响其长期植入的有效性。因此，需要对其表面进行改性处理，以适应临床的需要。在钛及其合金表面构筑具有仿生特性的生物活性膜层一直都受到国内外的生物材料界和再生医学界高度重视。

近年来，已有大量有关钛及其合金表面改性的研究。发现在钛及其合金基底表面制备TiO₂纳米管，进而电化学沉积微纳米有序钙磷盐膜层，可提高材料表面生物活性。中国专利ZL200610135430.X、ZL200510085770.1等都通过在钛或钛合金表面构筑钙磷盐膜层提高表面生物活性。具有微纳米结构的生物材料表面与人体骨组织结构相似，尤其是具有微纳米结构的OCP(磷酸八钙)膜层，有利于成骨细胞生长、繁殖，促进新骨的生长。然而，医用钛表面钙磷盐膜层的生物活性和生物相容性仍有待进一步提高。

短肽是含氨基酸数目为2～9，以肽链连接在一起而形成的化合物，也是蛋白质水解的中间产物，可作为营养药品应用于严重感染、复合性折、创伤、大手术、面积烧伤、化学毒物伤害、辐射伤害、有害物伤害病人的治疗和恢复。短肽，包括二肽、三肽、四肽、五肽、六肽、七肽、八肽、九肽,对于处于恶劣环境和状态的细胞有明显的调节作用，可有效恢复细胞状态。

发明内容

本发明目的是提供可显著优化植入体材料表面钙磷盐复合膜层的晶体形貌，提高生物相容性和生物活性，可用于钛及其合金植入物表面生物活性优化改性的一种在钛或钛合金表面制备生物活性复合涂层的方法。

本发明包括以下步骤：

1)将钛或钛合金表面预处理；

2)配制含氟电解液，以预处理后的钛或钛合金为阳极，铂片为阴极，浸没在含氟电解液中进行阳极氧化，制备TiO₂纳米管膜层；

3)配制含钙磷物种和短肽的电解液，以阳极氧化后的钛或钛合金为工作电极，铂片为对电极进行恒电流电沉积，即完成在钛或钛合金表面制备生物活性复合涂层，该生物活性复合涂层为钙磷盐/短肽复合膜层。

在步骤1)中，所述预处理可采用砂纸对钛及其合金表面逐级打磨去除氧化膜，再依次浸泡于丙酮、乙醇、去离子水中超声除油清洗后，干燥；

在步骤2)中，所述含氟电解液可采用氢氟酸溶液或氟化铵溶液，在氢氟酸溶液或氟化铵溶液中可添加乙二醇、丙三醇等中的一种；所述氢氟酸溶液的摩尔浓度可为0.001～1mol/L，氟化铵溶液的摩尔浓度可为0.01～10mol/L；所述阳极氧化的电压可为5～50V，阳极氧化的时间可为20～120min，阳极氧化反应的温度可为0～30℃。

在步骤3)中，所述钙磷物种的摩尔浓度可为0.0001～0.1mol/L，钙磷物种可由可溶性钙盐和磷酸二氢盐组成，所述可溶性钙盐可选自Ca(NO₃)₂、CaCl₂等中的一种；所述磷酸二氢盐可选自NaH₂PO₄、KH₂PO₄、NH₄H₂PO₄等中的一种；所述短肽可选自二肽、三肽、四肽、五肽、六肽、七肽、八肽、九肽等中的一种；短肽的摩尔浓度可为0.001～1mol/L；电解液的pH值可为3～6；所述恒电流电沉积的条件可为：电流密度为0.1～10mA/cm²，沉积时间为0.5～120min，沉积温度为20～100℃。

本发明以钛或钛合金为基底，在TiO₂纳米管膜层表面构筑钙磷盐/短肽复合膜层，通过选择相应的溶液配方和反应参数可获得不同表面形貌，可优选概括为以下三种，其分别具有如下特征：