[发明专利]一种具有生物活性的纳米氧化物陶瓷薄膜

说明书

本发明公开了一种具有生物活性的纳米氧化物陶瓷薄膜，通过以下方法制备而得：（1）在生物医学工程材料的基材上通过计算机辅助设计和计算机辅助加工形成设计需要的表面结构；（2）制备添加或不添加孔隙形成剂的镀膜液，所述镀膜液为纳米级氧化铝悬浮液浆料、钇部分稳定氧化锆悬浮液浆料、氧化铝掺杂钇部分稳定氧化锆悬浮液浆料中的一种；（3）采用镀膜液在步骤（1）处理后的基材的表面结构上镀膜，高温烧结，自然冷却，清洗后即可。本发明极大地改善了生物医学工程材料尤其是氧化锆的生物相容性和生物活性。

技术领域

本发明涉及生物医学工程领域，特别涉及一种具有生物活性的纳米氧化物陶瓷薄膜。

背景技术

生物工程材料是涉及与生物系统相互作用的一类物质、表面或结构的材料。作为一门科学，生物工程材料大约有五十年的历史。生物材料的研究被称为生物材料科学或生物材料工程，也已经有了广泛和深入的研究。在其历史上，许多政府，研究机构和公司都投入了大量的资金来研究和开发新的材料及其产品。生物材料科学包括了了医学、生物学、化学、组织工程和材料科学等方面的内容。任何与活体组织、生物体或微生物接触的材料，都必须考虑其生物相容性和生物活性的问题。

解决生物工程材料的生物相容性和生物活性的问题有两个方法：一是采用具有生物体类似化学组成的材料。如羟基磷灰石涂层作为髋关节植入物改善了的髋关节的生物相容性和生物活性。但这类材料通常具有较低的强度和断裂韧性，并且与基体材料的连接强度很差，限制了他们的应用。另一种是采用化学惰性的材料，而让其具有与生物体类似的结构来改善它们的生物相容性和生物活性。生物材料可以是一种用于移植材料的自体、异体或异种移植材料。

自组装是现代科学界最常用的一个术语，在不受任何外力的影响下出现粒子（原子、分子、胶体、胶束等）的自发性聚集，并形成热力学上稳定的结构。如在冶金和矿物学中7个晶体系统的发现（如面心立方、体心立方、等），就是原子自组装的一个例子。分子的自组装也广泛地存在于生物系统之中，形成了各种复杂的生物结构。我们可以发现具有优越机械性能的生物材料和它的微观结构特征，同时，自组装也成为了化学合成和纳米技术的新战略。分子晶体，液晶，胶体，胶束，乳液，相分离的聚合物，薄膜和自组装单分子膜的所有代表性的高度有序的结构，都是使用这些技术的例子。几乎所有的天然材料都是具有跨尺度层次结构的。在生物材料中，这种跨尺度层次结构是固有的微观结构。在结构生物学的历史上，Astbury 和 Woods采用X射线散射测定了头发和羊毛的层次结构。蛋白质是生物体的基本单元，蛋白质分子的直径大约在1-100纳米之间. 骨胶原则是由直径为1.5 nm的基元形成三螺旋结构的有机分子。这些骨胶原分子夹杂着矿物相（如羟基磷灰石、磷酸钙）按交替方向形成螺旋状纤维结构单元。这些“单元”是骨骼的基本构建块，有机和无机相之间约按60 / 40的体积分数分布。进一步的研究发现，其中的羟基磷灰石晶体是具有直径约70-100纳米和厚度为1纳米的板状结构。几乎所有的生物材料都具有纳米态的基本结构。骨胶原分子能够被这些纳米结构所吸附，羟基磷灰石晶体分子在其间隙中生长，产生了良好的生物活性。因此制备仿生的纳米结构薄膜，就能使化学惰性的生物工程材料具有良好的生物相容性和生物活性。

目前，生物材料得到了广泛的应用，如关节置换，骨板，骨水泥 ，人工韧带和肌腱，牙科植入物用于牙齿固定 ，血管假体，心脏瓣膜，皮肤修复装置（人工组织），耳蜗置换，隐形眼镜，乳房植入物，药物传递机制，可持续材料，血管移植 ，支架，神经导管 ，手术用缝合线，剪辑，和伤口缝合等。由于氧化锆具有很高的强度和断裂韧性，近年来在生物工程材料领域得到了广泛的应用。另一方面，由于氧化锆是化学惰性的，具有一定的生物相容性，但不具有生物活性，使其应用受到了一定的限制。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有生物活性的纳米氧化物陶瓷薄膜，极大地改善了生物医学工程材料尤其是氧化锆的生物相容性和生物活性。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种具有生物活性的纳米氧化物陶瓷薄膜，通过以下方法制备而得：