[发明专利]SLM多孔金属三维表面具有纳米PPy生物活性膜的制备方法

说明书

本发明涉及表面处理工程技术领域，具体涉及SLM多孔金属三维表面具有纳米PPy生物活性膜的制备方法。本发明利用PPy高电导率这一特点，在SLM多孔钛电聚合导电生物膜，在有效降低多孔钛电极内欧姆电位降前提下，针对不同尺寸、结构设计的SLM多孔钛进行电聚合参数调整，并在电聚合过程中利用微电极测试技术对多孔电极内电聚合过程进行监控，灵活调整电化学参数（电势、电流、聚合时间）、溶液组成和浓度、SLM多孔钛结构设计等，可在SLM‑Ti全部三维表面获得均匀的、具有纳米尺度的生物活性膜层。

技术领域

本发明涉及表面处理工程技术领域，具体涉及3D打印多孔金属三维表面电活性纳米尺度生物电活性涂层的制备方法及电聚合电位装置。

背景技术

多孔金属的电化学表面处理工艺中一个重要技术问题是多孔金属内部难以获得均匀有效处理，多孔金属电极内部存在电势、电流分布不均匀以及溶液传质阻力，其中溶液传质阻力可以通过搅拌装置进行改善。其中电极表面电流分布包括一级、二级及三级电流分布。一级电流分布（欧姆极化）取决于电解池的几何形状、溶液/涂层电导率的影响。二级（电化学极化）和三级电流分布（浓差极化）的影响通常能使电极表面的电流分布更为均匀。因此，本发明着眼于解决多孔金属内一级电流分布不均匀的问题。对于常规电化学表面改性制备的生物医用金属表面涂层，主要包括钙磷无机盐类，如羟基磷灰石HA、金属氧化物TiO₂等，这类涂层通常不导电或为半导体，因此随着膜层变厚多孔电极内电流、电势分布会更为不均匀。

多孔小梁结构钛、钽金属因其具有高孔隙率有助于骨生长、高度互联的结构提供广泛的骨长入空间，同时拥有高的摩擦系数、物理和机械性能接近于骨，而被看作是骨的金属复制品。近年来，随着3D打印金属的力学性能逐渐提高，选区激光熔化技术（SLM）、电子束选区熔化（EBSM）越来越多地被用来制备接近致密、结构复杂、加工精度高的医用钛金属人工骨。

但理想的骨替代材料不仅要求对宿主无毒、无害、无致畸变作用，还要能够诱导骨生成和骨传导。PPy是一种适合做伤愈再生和组织工程支架的导电聚合物，其优点是：易于合成，稳定性好，通过进行掺杂可以获得不同的表面特性；缺点是机械性能较差，降解能力弱。为了改善PPy这些性能，近年来将PPy与其他材料进行复合，所得复合材料不但保持了原PPy的导电能力，同时机械延展性、热稳定性等也得到提高。在组织工程领域，将PPy直接合成在医用钛金属表面获得了具有不同结构和功能的复合材料。

段嫄嫄等（贾骏，张少锋，姚月玲，王忠义，纯钛表面聚吡咯涂层的制备及其对成骨细胞生长的影响，稀有金属材料与工程,2007,36 (1) :91-95）采用水溶液恒电流（0.25mA/cm²）电化学聚合法在TA2致密钛板表面制备了约10μm厚PPy涂层（Ti／PPy）。结果表明，Ti／PPy与Ti一样具有良好的生物相容性，成骨细胞能够在Ti／PPy涂层表面完成附着、铺展以及增殖的生物功能。但目前利用电化学法直接在医用钛金属表面获得PPy膜还仅限于在平板金属基体上。

在医用多孔钛表面进行生物活性涂层的电化学表面处理多是在其表面沉积羟基磷灰石（Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂，HA）。HA是一种被广泛应用于临床的陶瓷类植骨材料，具有良好的骨传导和骨诱导能力。