[发明专利]一种兼具抗菌和促成骨的多孔生物陶瓷涂层及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种兼具抗菌和促成骨的多孔生物陶瓷涂层及其制备方法和应用，属于生物医用陶瓷材料技术领域，本发明的多孔生物陶瓷涂层为掺杂有铜、镁、氟、钙和磷元素的二氧化钛涂层，该掺杂后的生物陶瓷涂层与钛及钛合金基体结合紧密，在植入使用过程中不易剥落，能够与基体结合构建出具有良好机械和生物学性能的人体硬组织修复，兼具良好的抗菌和促成骨活性。本发明配制的用于微弧氧化处理的电解液成分简单、易于控制、不含易分解成分、工艺稳定，有利于涂层的大规模批量化生产。本发明提供的制备方法对基体材料的形状没有特殊要求，可适用于形状复杂的基体，有效扩大了本发明的使用范围。

技术领域

本发明属于生物医用陶瓷材料技术领域，涉及一种多孔生物陶瓷涂层，具体涉及一种兼具抗菌和促成骨的多孔生物陶瓷涂层及其制备方法和应用。

背景技术

与传统的不锈钢和钴铬合金相比，钛由于具有低密度、低模量、高强度、良好的生物相容性和耐腐蚀性等特点而在硬组织（如骨和牙齿）修复和替代领域获得越来越广泛的应用，是理想的生物医学工程材料。然而钛缺乏生物活性，对机体组织愈合无明显的促进作用，植入体内后只能与骨组织发生机械结合，难以与骨组织形成骨整合，而且作为异物，植入人体后容易导致植入物相关性感染。此外，钛在体内会发生腐蚀，腐蚀过程中产生的金属离子不但对人体造成毒性损害，而且会造成钛植入物的松动和下沉，这不仅延长了植入物修复的周期，而且影响了植入物的近期和远期成功率，因此不能完全满足临床需要。

为使钛既保留其良好的机械和力学性能，又具有良好的生物活性，植入体内能够诱导成骨细胞粘附增殖，同时抑制细菌生长，使得钛植入物和骨组织形成骨整合，近年来研究者们试图使用等离子喷涂、激光熔覆、电泳电化学沉积，离子注入及磁控溅射等多种钛表面活化技术对钛植入物表面进行生物活化改性，虽然这些方法在提高钛的生物活性方面取得了一定的成果，但是存在制备复杂，价格昂贵，制备的涂层容易脱落的缺点，限制了其临床应用。

微弧氧化是近年来发展的应用于轻金属（钛镁铝等）表面改性新技术，它能够直接在钛表面原位生长一层陶瓷氧化膜，其优势是不仅可以在形状复杂表面均匀成膜，而且所制备的膜层呈多孔形态，与基体呈犬牙交错状结合，具有很好的结合强度，植入体内不易脱落，此外能够通过调节工艺参数如微弧氧化时间，电压，电流密度等控制涂层的厚度。更吸引人的是，通过该技术可以将生物活性元素或抗菌元素引入涂层，使得金属表面生物活性大大提高，因此被广泛的应用于金属材料的表面改性。

此外，钛植入物相关性感染是困扰外科医生的难题之一，也是目前亟待解决的重要临床问题。由于植入物相关感染的特殊性，常规抗生素的使用往往效果不理想，而且抗生素的过量使用已经带来了许多危害，如抗生素耐药，超级细菌等等。因此从植入物表面入手来降低或抑制细菌感染具有重要的临床应用价值。

表面改性是提高植入物抗菌性能、降低植入物感染的新策略，也是对钛植入物相关感染的新认识。虽然植入物表面改性已经开始应用于临床，但是过去对植入物的表面改性主要针对于材料的生物相容性和生物活性，尤其是集中于材料对细胞的作用和影响，很少将关注点转移到植入物的抗感染性能。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种兼具抗菌和促成骨的多孔生物陶瓷涂层及其制备方法和应用。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现。

一种兼具抗菌和促成骨的多孔生物陶瓷涂层，包括以下步骤。

1）将铜源、镁源、氟源、钙源和磷源溶于碱性水溶液中配制成电解液。

其中，电解液中铜离子的浓度为0.005~0.02mol/L，镁离子的浓度为0.01~0.05mol/L，氟离子的浓度为0.005~0.03mol/L，钙离子的浓度为0.01~0.05mol/L，磷酸根离子的浓度为0.005~0.03mol/L，氢氧根离子的浓度为0.005~0.03mol/L。