[发明专利]一种具有生物活性和抗菌性的钽酸钠膜层及其制备方法

说明书

本发明提供了一种具有促成骨能力和抗菌能力的表面改性生物金属的材料。该表面改性技术通过水热‑熔盐‑水热法(或水热‑水热‑熔盐法)的协效作用在纯钽表面制备功能元素钙和铜共掺杂的生物活性膜层。首先通过水热法在金属钽表面制备出一层均匀的钽酸钠膜层，然后利用熔盐法进一步将Ca²⁺掺杂在钽酸钠膜层上，最后将掺杂了Ca²⁺钽酸钠膜层的钽通过二次水热掺杂了Cu²⁺，从而使得纯钽表面上形成了具有生物活性和抗菌性的Ca‑Cu共掺膜层。通过该方法制备的含钙和铜的膜层在钽表面均匀分布，有利于促进细胞分化，提高细胞活性，并且有一定抗菌性，从而提高钽金属的促成骨性和抗菌性，在医用植入材料领域展现了较好的应用前景。

技术领域

本发明属于金属材料表面改性技术领域，具体涉及一种具有生物活性和抗菌性的钽酸钠膜层及其制备方法。

背景技术

由于车祸、冲突及灾祸的频频发生，总会发生牙齿和骨骼等身体硬组织的受损断裂或重创。由于其优越的力学性能、耐腐蚀、安全无毒，医用金属钽(Ta)被广泛应用于髋关节置换术、膝关节修复等领域。与大多数医用金属一样，纯的金属钽生物活性差，促进新骨形成的能力较弱并且不具备抗菌性，从而在临床应用上被限制。另外在硬组织植入手术中，术后感染也是亟待解决的问题之一。这些都是目前钽作为硬组织植入材料急需解决的难题。在钽表面负载功能性离子的生物活性膜层是改善材料生物学性能的主要方法。

Ca²⁺是生物磷灰石(Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂)的主要组成元素之一，在骨形成和骨吸收中起着重要作用。激活细胞内的机制是基于影响成骨细胞中的钙敏感受体。上述特性都使得掺Ca²⁺的植入体材料与骨组织结合更充分，周围新生骨量也更多。长期以来，人们一直认为铜及其离子具有抗菌性能，具有广谱杀菌能力，控制在一定浓度范围内是生物安全的，且在给定浓度下具有生物活性。此外，铜离子不会产生细菌耐药性。因此，铜及其离子已融入多种生物材料的表面。

目前掺杂元素的方法有溶胶凝胶法、湿化学沉淀法、电泳沉积法、熔融纺丝法、脉冲激光沉积法、熔炼和淬火法、微弧氧化法、阳极氧化法、水热法、熔盐法等。在以上方法中，水热法是在密闭的高温高压环境下，通过不同的水热反应溶液调整，利用相对高温、高压反应环境，使难溶或不溶的物质溶解后重结晶，从而实现元素掺杂，操作安全简单，反应温度较低，元素分布均匀。熔盐法通常采用低熔点的盐类作为反应介质，使得反应在原子级进行，合成过程中有液相出现，大大加快了离子的扩散速率。该法可以实现掺杂元素从熔盐中向膜层表面的扩散，从而实现膜层元素的掺杂。目前还没有通过水热法结合熔盐法将功能元素Ca和Cu共同引入钽表面并用作医用植入材料的报道。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种具有生物活性和抗菌性的钽酸钠膜层及其制备方法，采用水热-熔盐-水热法(或水热-水热-熔盐法)在纯钽表面制备钙铜共掺杂钽酸钠的生物活性陶瓷膜层及其制备方法从而提高钽金属的促成骨性和抗菌性，在医用植入材料领域展现了较好的应用前景。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种具有生物活性和抗菌性的钽酸钠膜层的制备方法，包括以下步骤：

将钽片加入NaOH水热溶液中进行一次水热反应后，制备得到覆盖钽酸钠膜层的钽片；

将上述制备得到的覆盖钽酸钠膜层的钽片置于CaCl₂粉末中进行熔盐处理，制备得到钙掺杂钽酸钠膜层的钽片；

将上述制备得到的钙掺杂钽酸钠膜层的钽片加入CuCl₂水热溶液中进行二次水热反应，在钽片表面制备得到具有生物活性和抗菌性的钙铜共掺杂的钽酸钠膜层。

或者，

一种具有生物活性和抗菌性的钽酸钠膜层的制备方法，包括以下步骤：