[发明专利]利用在Ti表面原位合成的TiO2纳米管覆层负载庆大霉素的方法

说明书

技术领域

本发明属于生物医用材料的技术领域，尤其是涉及一种利用阳极氧化法在Ti表面原位合成TiO₂纳米管覆层，进而利用共沉淀技术对TiO₂纳米管进行庆大霉素负载的方法。

背景技术

感染是人工关节置换术后最严重的并发症之一，由于治疗的长期性和困难性，假体周围感染给患者、临床医生和医疗机构带来巨大压力。人工关节置换术后感染难以治愈的根本原因在于假体表面生物膜的形成和假体/组织界面缺乏免疫能力。生物膜的形成和假体/组织界面缺乏免疫能力共同使细菌易于在假体上定植和进一步感染。在人工关节感染的发病机制中，细菌最初粘附到生物材料表面是最重要的步骤，因此，关键在于需组织最初的细菌(主要为表皮葡萄球菌)粘附到人工关节假体表面。

庆大霉素通常用于预防人工关节假体周围的细菌感染。它是一种氨基糖苷类抗生素，能够治疗多种类型的细菌感染，同时具有良好的热稳定性，甚至在高压灭菌后仍可有效杀菌，因此在钛植入物涂层中得到了广泛使用。本发明中，我们设想将庆大霉素负载到生物型假体的表面，通过控制药物的吸附和释放，达到抑制细菌初始粘附，减少生物膜形成的目的，同时又不影响假体周围骨细胞粘附、增殖和分化功能，从而促进人工关节假体与周围骨整合，最终达到人工关节假体的长期功能有效。

作为一种生物相容性材料，Ti及其合金，由于高机械强度、重量轻和生物惰性广泛用于齿科和骨科植入物。为了预防植入物相关感染，研究人员大都在植入物表面加载抗菌涂层。将抗生素加载到Ti植入物的多孔羟基磷灰石(hydroxyapatite，HA)涂层上[刘榕芳等，水热复合电沉积制备羟基磷灰石/TiO₂涂层的方法，中国专利，CN 03104099.3]，虽然载抗生素的HA涂层能显著预防感染，但有些问题依然存在，比如：抗生素不能掺和到磷酸钙涂层中，以及药物载磷酸钙表面的物理吸附限制了加载量和释放特性等。还有学者将万古霉素与Ti共价结合，设想实现长效的抗菌能力，但是在体内，抗生素与植入物共价结合的作用值得怀疑[Antoci，V.，C.S.Adams，et al.(2008).The inhibition of Staphylococcus epidermidis biofilmformation by vancomycin-modified titanium alloy and implications for the treatment ofperiprosthetic infection.Biomaterials 29(35)：4684-4690.]。

对涂层中药物的加载方法前人也进行了大量研究。应用共沉淀技术在室温下将Ti植入物浸入磷酸钙过饱和溶液中，将抗生素加入过饱和溶液，逐渐与磷酸钙结晶共沉淀在植入物表面形成一层涂层。通过这种方法，可将大量的抗生素整合到拟生态的磷酸钙涂层中，比通过等离子喷涂涂层上简单的物理吸附大10倍，然而，抗生素的释放并未减慢许多[Alt，V.，A.Bitschnau，et al.(2006).The effects ofcombined gentamicin-hydroxyapatite coating for cementless joint prostheses on thereduction of infection rates in a rabbit infection prophylaxis model.Biomaterials 27(26)：4627-4634.]。

在Ti假体表面原位生长TiO₂纳米管的覆层原位生长法得到了高度重视。原位生长的TiO₂纳米管不仅易于制备，而且由于TiO₂纳米管层与Ti的共格状态使得两者之间具有紧密的界面和良好的机械性能。

通过阳极氧化法，可在任何三维非平面表面上构造TiO₂纳米管覆层。TiO₂纳米管覆层的构建不仅致使Ti表面的粗糙度与人骨骼天然粗糙度相似，而且具有良好的亲水性，这些都促进成骨细胞的表面粘附，且与目前的植入物技术具有良好的适应性。