[发明专利]一种表面掺铷钛材料及其制备方法和应用

说明书

一种表面掺铷钛材料及其制备方法和应用，将经碱热处锂的钛材料清洗至中性、干燥后浸泡于铷盐溶液中反应，获得铷盐处理的钛材料，将铷盐处理的钛材料于500‑750℃煅烧即获得表面掺铷钛材料；所述铷盐溶液中，铷离子的浓度为1～10mol/L。本发明的表面掺铷钛材料具抗金黄色葡萄球菌生长功能，良好的生物相容性，不具有细胞毒性，不影响细胞增殖，具有良好的诱导前成骨细胞成骨分化的作用。该材料兼顾抗菌性与生物相容性，能有效解决钛材在临床应用时伤口感染等问题，在临床骨修复中具有广泛应用前景。

技术领域

本发明属于生物医用材料领域，具体涉及一种表面掺铷钛材料及其制备方法和应用

背景技术

膝关节骨性关节炎、髋部骨折、脊柱退行性疾病均为发病率较高的骨科疾病，且随着人口老龄化的加剧，导致疾病发生率呈上升、年轻化趋势。钛及其合金因其良好的力学性能、优异的生物相容性和较低的成本被广泛应用于临床骨科领域，如关节置换、脊柱内固定等常用骨折患者治疗方法，均需使用钛材作为骨替换材料。

但钛及其合金作为直接植入体还存在诸如结合强度低、机械性能不匹配等问题。由于钛表面的二氧化钛钝化层不能诱导磷酸盐沉积，使得钛基体与骨间结合仅靠单纯的机械锁合，而不能形成化学键合，从而导致植入后钛基体脱离周围组织或者炎症发生，严重者会使手术失败。针对钛材强度低、机械性能不匹配等问题，已有粒子束辅助沉积法、等离子喷涂技术以及喷砂处理等方法对钛材进行表面改性。但是这些表面改性方法仍存在大量问题尚未解决，如粒子束辅助沉积法存在涂层过薄，而且制备成本昂贵等缺点；等离子喷涂技术存在成本高，而且高温状态下制备出的涂层厚度不均匀，易剥落等缺点；喷砂处理后要清除表面的二氧化硅，这会阻碍植入体与骨组织融合，同时还存在降低植入体耐腐蚀性的缺点。

碱热处理是一种良好的表面改性方法，能够制备出与骨具有高相容性且附着力较高的生物活性涂层，这是其他表面改性方法所无法实现的。通过碱热处理得到的表面改性钛具成本低，有生物活性高，涂层均匀，能有效诱导羟基磷灰石在表面生长，植入后与骨结合紧密，无需后期清理等优势。但是，关节置换和脊柱内固定方法属于入侵式操作，即使经碱热处理后,钛材表面仍存在抗菌性能不足，缺乏局部骨组织整合，使得相关细菌(如金黄色葡萄球菌)感染导致的术后感染率较高。

发明内容

针对现有技术中钛材缺乏抗菌功能，本发明的目的在于提供一种具有优异抗菌功能和生物相容性的表面掺铷钛材料及其制备方法和应用。

为了实现上述目的，本发明提供如下的技术方案：

本发明一种表面掺铷钛材料。

优选的方案，所述表面掺铷钛材料是通过将经碱热处锂的钛材料浸泡于铷盐溶液中反应后再经煅烧获得。

本发明一种表面掺铷钛材料的制备方法，包括如下步骤；将经碱热处锂的钛材料清洗至中性、干燥后浸泡于铷盐溶液中反应，获得铷盐处理的钛材料，将铷盐处理的钛材料于500-750℃煅烧即获得表面掺铷钛材料；

所述铷盐溶液中，铷离子的浓度为1～10mol/L。

在本发明中的技术方案中，先通过对钛材料进行碱热处理，增强钛材料表面的生物活性，再将经碱热处理对掺铷钛材料浸泡于铷盐溶液，与铷离子进行离子交换，再经煅烧使钛材料表面的凝胶状钛酸钠(铷)转换为无水钛酸(钠)铷。且诱导金红石和锐钛矿在表面形成。

发明人发现铷离子的浓度、煅烧的温度对最终所得表面改性的钛材料具有一定的影响，铷离子的浓度有利于保证离子的充份交换，保证掺铷离子的量，当铷离子的浓度小于1mol/L，无法获得充足的离子交换量，影响最终的抗菌功能，但是铷离子浓度大于等于1mol/L，即能获得充足的铷离子交换量。通过实验结果发现，当铷离子的浓度为1～10mol/L时，都能取得100％的抗菌效果。而当铷离子浓度大于10mol/L，掺铷反而变得困难，最终导致抗菌效果下降。