[发明专利]一种钛合金表面涂层及其制备方法

说明书

本发明公开一种钛合金表面涂层及其制备方法。方法包括：对钛合金基体的表面进行预处理；以壳聚糖溶液为电解液，采用恒电位电化学沉积法在经过预处理的钛合金基体表面制备壳聚糖涂层；以含有钙离子和磷酸根离子的溶液为电解液，采用恒电位电化学沉积法在壳聚糖涂层表面制备羟基磷灰石涂层。本发明采用恒电位电化学沉积方法在生物医用钛合金表面依次制备壳聚糖涂层和羟基磷灰石涂层，得到具有壳聚糖涂层和羟基磷灰石双层涂层的钛合金，所制备的具有该双层涂层的钛合金充分地发挥了三种材料的各个优势，不仅具有优异的生物相容性、抗菌性及耐腐蚀性，整体还展现出了与骨骼相匹配的力学性能，同时由于壳聚糖的引入大大提高了涂层在基体上的附着力。

技术领域

本发明涉及生物医用钛合金材料表面改性领域，尤其涉及一种钛合金表面涂层及其制备方法。

背景技术

生物医用钛及钛合金具有优异的机械性能，并且已被证明具有与人体骨骼相匹配的力学相容性以及良好的生物相容性，因此被广泛作为骨骼和牙种植体等硬组织的主要临床应用材料。然而，由于生物医用钛及钛合金本身的生物惰性，导致其骨整合能力较差，同时其抗菌性能及耐腐蚀性也需进一步提升。为了使生物医用钛及钛合金能够适应人体复杂的生理环境，有必要对生物医用钛及钛合金进行表面改性，以完善其性能，使其能够更好地适应临床应用。

磷酸钙是生物硬组织中最重要的无机组成成分，以羟基磷灰石(HA)的形式存在于骨骼和牙齿中。人工合成的羟基磷灰石陶瓷具有优异的生物活性、骨诱导能力和生物相容性，能与骨组织形成化学键合，诱导骨组织的生长。然而，羟基磷灰石的脆性限制了其不能用于承重较大的骨骼，因此，通常用于复合材料中的活性成分、直接结合到人体组织中的颗粒状填充物以及金属植入物上的涂层等。

壳聚糖(CS)是自然界中存在的唯一天然碱性多糖，存在于甲壳类动物的外壳、昆虫的角质层和真菌的细胞壁中。壳聚糖具有优异的物理化学性能和生物学特性，比如良好的生物相容性、无毒性、抗菌性以及与蛋白质具有显著的亲和力等。壳聚糖的优异性能促使其成为一种可靠的天然生物活性材料，在医疗、制药工业、组织工程和农业等领域都得到了广泛的应用。壳聚糖也因其自身特性不溶于水、碱以及一般有机溶剂，但因其结构单元中存在-NH₂基团，极易与酸反应成盐，所以其可以溶解在许多稀的无机酸或某共有机酸中。

发明内容

本发明的目的在于提供一种钛合金表面涂层及其制备方法，所得到的生物医用钛合金表面涂层具有优异的生物活性、生物相容性、抗菌性，且涂层与基体的结合力及耐蚀性得到增强。本发明表面具有壳聚糖羟基磷灰石双层涂层的生物医用钛合金，可有效应用于骨科植入物。

本发明的技术方案如下：

本发明的第一方面，提供一种钛合金表面涂层的制备方法，其中，所述制备方法包括以下步骤：

提供钛合金基体；

对所述钛合金基体的表面进行预处理；

配制壳聚糖溶液；

配制含有钙离子和磷酸根离子的溶液；

以所述壳聚糖溶液为电解液，采用恒电位电化学沉积法在经过预处理的钛合金基体表面制备壳聚糖涂层；

以所述含有钙离子和磷酸根离子的溶液为电解液，采用恒电位电化学沉积法在壳聚糖涂层表面制备羟基磷灰石涂层。

可选地，所述对钛合金基体的表面进行预处理的步骤，具体包括：对钛合金基体的表面依次进行打磨处理、除油处理、刻蚀处理和活化处理。

可选地，所述配制壳聚糖溶液的步骤，具体包括：

将冰乙酸加入到水中，得到乙酸溶液，所述乙酸溶液中乙酸的体积分数为1～3％；

将壳聚糖粉末加入至所述乙酸溶液中，进行搅拌直至澄清，除去不溶物，得到壳聚糖溶液，所述壳聚糖溶液中壳聚糖的质量分数为1～5％。