[发明专利]一种用于植入体表面的铁离子改性氧化锌抗菌涂层及其制备方法

说明书

本发明公开一种用于植入体表面的铁离子改性氧化锌抗菌涂层及其制备方法。所述氧化锌抗菌涂层包括在植入体表面构建的氧化锌涂层以及铁原子占据氧化锌晶格锌位和/或位于氧化锌晶格间隙的铁氧化合物；在所述铁离子改性氧化锌抗菌涂层中铁含量为2~5at%。本发明通过在氧化锌晶格锌位和/或氧化锌晶格间隙引入铁，对抗菌涂层进行改性并赋予涂层高反应活性，实现涂层良好抗菌性能和优异生物相容性的同步构建。

技术领域

本发明涉及一种用于植入体表面的铁离子改性氧化锌抗菌涂层及其制备方法，属于金属材料表面改性技术领域。

背景技术

植入体手术后的早期相关感染通常发生于术后四周之内，若不对其进行及时有效的治疗，可能会导致感染的反复发生。因此，赋予植入体抗菌性对于提高植入体的应用价值意义显著。

氧化锌涂层制备简单，成本低廉，可以结合于钛、钽、镍钛合金等多种植入材料表面，是一种在植入体抗菌领域应用前景良好的无机抗菌涂层。它作为一种高效广谱抗菌涂层，可以防止植入体表面微生物的感染。氧化锌涂层在体液环境中溶解释放的锌离子是氧化锌涂层生物学性能的来源之一。然而，通过简单烧结制备的氧化锌涂层在水溶液中易溶解，造成锌离子爆发性释放，使得短期内细胞毒性高，不利于哺乳动物细胞在其表面的黏附和生长。因此，为了使氧化锌涂层可以有效发挥作用，使其在植入手术后的短期内保持较好的抗菌性能和细胞相容性，必须对氧化锌涂层的溶解释放特性进行调控。

发明内容

针对现有技术中氧化锌抗菌涂层的不足，本发明提供一种用于植入体表面的铁离子改性氧化锌抗菌涂层及其制备方法，克服了传统氧化锌抗菌涂层在体液环境中溶解快、细胞毒性过大等问题。

第一方面，本发明提供一种用于植入体表面的铁离子改性氧化锌抗菌涂层。所述氧化锌抗菌涂层包括在植入体表面构建的氧化锌涂层以及铁原子占据氧化锌晶格锌位和/或位于氧化锌晶格间隙的铁氧化合物。

氧化锌涂层在水溶液中易溶解造成锌离子爆发性释放，使得氧化锌涂层的细胞毒性高，不利于细胞在其表面的黏附和生长。本发明通过在氧化锌晶格锌位和/或氧化锌晶格间隙引入铁，对抗菌涂层进行改性并赋予涂层高反应活性，实现涂层良好抗菌性能和优异生物相容性的同步构建。改性后涂层中的铁以铁氧化合物的形式存在，铁氧之间是离子键，由此改性后的氧化锌抗菌涂层在体液环境中，铁氧化合物溶出的三价铁离子和亚铁离子容易与氧化锌涂层产生的活性氧物质发生芬顿反应，从而提高涂层的抗菌活性。而且铁氧的结合能相较于锌氧更高，因此铁离子改性氧化锌抗菌涂层相较于氧化锌涂层，涂层的稳定性得以提高，同时还便于调整锌离子释放速度。

较佳地，所述铁离子改性氧化锌抗菌涂层中铁含量为2～5at％。通过将改性氧化锌抗菌涂层中铁含量控制在上述范围，在合理控制抗菌涂层制备成本的基础上，可以有效降低氧化锌涂层的毒性，保证复合涂层抗菌性能的前提下，赋予复合涂层良好的生物相容性，以利于复合涂层在医用植入体中的应用。

较佳地，所述涂层中铁以二价铁和三价铁共存的形式存在，其中二价铁占二价铁和三价铁总量的的摩尔比例为15-25％。铁在本发明的抗菌涂层中以多价态的形式存在。在本发明未作具体说明的情况下，氧化锌涂层中的铁离子指的是“铁元素在涂层中的存在价态”。部分铁保持为亚铁离子形态，亚铁离子与氧化锌涂层生成的过氧化氢激活芬顿反应，在降低锌释放的情况下仍可保持涂层抗菌性。应理解二价铁含量的提高利于涂层的抗菌活性。作为优选二价铁占二价铁和三价铁总量的的摩尔比例为20-22％。

较佳地，所述铁离子改性氧化锌抗菌涂层的厚度为20-60nm。铁离子改性氧化锌抗菌涂层的厚度在该范围内更容易覆盖植入体基体，从而适应于实际的工业应用环境。

较佳地，所述植入体的材料包括钛、钛合金、镍钛合金、不锈钢或钽，优选为钛。

第二方面，本发明提供上述任一项所述的用于植入体表面的铁离子改性氧化锌抗菌涂层的制备方法。所述制备方法包括以下步骤：

(1)在植入体表面制备氧化锌涂层；