[发明专利]碳纤维表面具有多级孔洞结构和纳米级微结构的羟基磷灰石生物涂层及高沉积速率制备方法

说明书

本发明涉及一种碳纤维表面具有多级孔洞结构和纳米级微结构的羟基磷灰石生物涂层及高沉积速率制备方法，在碳纤维表面设计多级孔洞结构和纳米级微结构，在其空隙填充羟基磷灰石生物涂层。通过多级孔洞结构提供的充裕的沉积空间和纳米级微结构提供的丰富的形核位点的协同作用，提升了碳纤维表面羟基磷灰石涂层的沉积速率。本发明使得制备的碳纤维表面羟基磷灰石涂层的最大沉积速率可达每小时4.5％，该数值比背景技术报道羟基磷灰石涂层的沉积速率提高了137％。同时由于涂层与碳纤维之间的多级孔洞结构和纳米级微结构，使得碳纤维表面与羟基磷灰石生物涂层的结合更紧密，而且涂层本身不容易开裂。

技术领域

本发明属于生物材料及制备方法，涉及一种碳纤维表面具有多级孔洞结构和纳米级微结构的羟基磷灰石生物涂层及高沉积速率制备方法。

背景技术

羟基磷灰石因为具有优异的生物相容性而被广泛用作生物医学材料，其具有与人体骨骼相近似的化学成分，具有良好的细胞相容性，植入人体内无毒、无害、无致癌作用，并且具有良好的生物活性、骨传导性，被广泛用于人体骨骼和关节修复。但是羟基磷灰石呈现陶瓷材料固有的脆性，因此在承重骨骼部位应用时，可能发生脆性破坏。因此，在临床的实际应用中，通常把羟基磷灰石作为生物涂层材料使用。

羟基磷灰石通常被应用于钛、钛合金、炭/炭复合材料、碳纤维等材料的表面涂层。其中在碳纤维表面制备羟基磷灰石涂层，一方面可以发挥碳纤维的高强度、高模量、结构可设计性、低密度等优点，另一方面可以发挥其羟基磷灰石固有的生物相容性。从而使得羟基磷灰石涂覆碳纤维成为了行之有效的生物医用材料。在碳纤维表面制备羟基磷灰石涂层的制备过程中，需要在碳纤维表面沉积足够量的羟基磷灰石，才能充分发挥羟基磷灰石的生物学性能，因此，如何提高碳纤维表面羟基磷灰石涂层的沉积速率成为了亟待解决的重要问题，其中沉积速率定义为：羟基磷灰石涂层的沉积质量与碳纤维质量的比值除以沉积时间。

文献1“Xudong Wang,Xueni Zhao,Wanying Wang,Jing Zhang,Li Zhang,FuzhenHe, Jianjun Yang.Controllable preparation of a nano-hydroxyapatite coating oncarbon fibers by electrochemical deposition and chemical treatment.MaterialsScience and Engineering C, 63(2016)96-105”报道了在碳纤维的表面制备羟基磷灰石涂层，其沉积速率分布在每小时0.9％至1.9％之间，沉积速率的最大值为每小时1.9％。

上述文献在碳纤维的表面成功的制备出了羟基磷灰石涂层，但是制备羟基磷灰石涂层的沉积速率最大值仅仅为每小时1.9％，沉积速率较慢，效率低。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种碳纤维表面具有多级孔洞结构和纳米级微结构的羟基磷灰石生物涂层及高沉积速率制备方法。在碳纤维的表面构建多级孔洞结构，能够促进羟基磷灰石涂层的快速沉积提供充裕的沉积空间，另一方面通过在碳纤维的表面构建纳米级微结构，为促进羟基磷灰石涂层的快速沉积提供了丰富的形核位点，综合上述因素，从而显著提升了羟基磷灰石的沉积速率。本发明制备的羟基磷灰石的最大沉积速率可达每小时4.5％，该数值比背景技术报道羟基磷灰石涂层沉积速率的最大值提高了137％。

技术方案

一种碳纤维表面具有多级孔洞结构和纳米级微结构的羟基磷灰石生物涂层，其特征在于：碳纤维表面设有多级孔洞结构，多级孔洞结构外层为纳米级微结构，多级孔洞结构和纳米级微结构中的空隙填充羟基磷灰石生物涂层；多级孔洞结构包含C缓冲层和C孔洞层；所述纳米级微结构是SiC@C核壳结构。

一种高沉积速率制备所述碳纤维表面具有多级孔洞结构和纳米级微结构的羟基磷灰石生物涂层的方法，其特征在于步骤如下：