[发明专利]一种表面修饰的氧化锆生物陶瓷及其制备方法

说明书

本发明公开了一种表面修饰的氧化锆生物陶瓷及其制备方法，陶瓷基体的表面形成锆涂层，随后通过电化学阳极氧化形成氧化锆纳米结构涂层，具有氧化锆纳米结构涂层的陶瓷基体按顺序依次利用富勒烯氧化物、碳纳米管氧化物和石墨烯氧化物进行表面修饰以提高其生物相容性。

技术领域

本发明涉及生物材料技术领域，尤其涉及一种表面修饰的氧化锆生物陶瓷及其制备方法。

背景技术

氧化锆(ZrO₂)同时具有酸性、碱性、氧化性和还原性，其独有的特点和性质使其在多个领域内具有重要应用，包括燃料电池、气体传感器、催化剂载体、固体电解质和生物医学材料领域等。氧化锆纳米管(ZrO₂ nanotube)具有更大的比表面积和更强的吸附能力，能够进一步提高ZrO₂的性能，因而受到众多研究者的关注和重视。

当氧化锆作为修复材料应用于生物医学材料领域中时，除了承担应力支撑组织再生所要求的优异的机械性能外，良好的生物相容性(biocompatibility)也是必须考虑的因素。但是，氧化锆是一种化学惰性的陶瓷材料，其细胞及组织亲和性较差。因此，通过对氧化锆陶瓷进行表面修饰提高其生物亲和性成为氧化锆生物陶瓷研究的重要方向。

氧化石墨烯(Graphene Oxide,GO)作为石墨烯的氧化衍生物，因其优异的理化性能以及良好的生物活性受到了组织工程领域研究人员的广泛关注。氧化石墨烯的表面具有丰富的含氧基团，从而能够提供活跃的结合位点，使陶瓷基体能够更易于与特定的生物分子、蛋白和药物相互作用并进一步功能化。本领域已存在采用氧化石墨烯修饰氧化锆材料以改善其机械性能和生物活性的相关研究。

中国发明CN111035805A公开了一种具有石墨烯-二氧化钛符合抗菌涂层的工件及其制备方法。所述工件包括工件基体，以及设置于工件基体表面的石墨烯-二氧化钛复合抗菌涂层，所述复合抗菌涂层中，石墨烯掺杂在二氧化钛涂层中。该复合抗菌涂层与工件基体之间结合牢固，在赋予工件基体抗菌性能的同时兼具有良好的生物相容性。该发明仅简单地将石墨烯掺杂在二氧化钛涂层中，对于细胞粘附的提高效果有限；其次，石墨烯与二氧化钛为粉体混合制备，二氧化钛的晶粒附着在石墨烯片层上或穿插在石墨烯片层之间，这种结合方式在长久使用或遭遇更严苛的使用环境时，石墨烯或二氧化钛容易脱出，削弱材料的机械强度并使得石墨烯的纳米毒性对组织造成损害。

发明内容

针对现有技术之不足，本发明提供一种表面修饰的氧化锆生物陶瓷，其特征在于，陶瓷基体的表面形成锆涂层，随后通过电化学阳极氧化形成氧化锆纳米结构涂层，具有氧化锆纳米结构涂层的陶瓷基体按顺序依次利用富勒烯氧化物、碳纳米管氧化物和石墨烯氧化物进行表面修饰以提高其生物相容性。

根据一种优选的实施方式，所述氧化锆纳米结构涂层是通过将涂覆有锆涂层的陶瓷基体作为阳极，铂片作为对电极，在体积比为1:1的甲酰胺和甘油与1％重量百分比的NH₄F和1％重量百分比的H₂O混合电解质溶液中进行阳极氧化得到的具有龟裂和裂缝的氧化锆纳米管阵列。

根据一种优选的实施方式，阳极氧化后的陶瓷基体浸入3.5％GLYMO/乙醇溶液1小时后取出干燥以使其硅烷化。

根据一种优选的实施方式，硅烷化的陶瓷基体浸入含有质量百分比为0.6至0.8mg/ml富勒烯氧化物的去离子水超声分散液中于35至40℃反应1至1.5小时。

根据一种优选的实施方式，富勒烯氧化物修饰后的陶瓷基体浸入含有质量百分比为0.6至0.8mg/ml碳纳米管氧化物的去离子水超声分散液中于35至40℃反应1至1.5小时。

根据一种优选的实施方式，碳纳米管氧化物修饰后的陶瓷基体浸入含有质量百分比为0.6至0.8mg/ml石墨烯氧化物的去离子水超声分散液中于35至40℃反应1至1.5小时。