[发明专利]一种医用钛表面载钙磷银纳米管阵列的制备方法

说明书

技术领域

本发明的技术方案涉及一种抗菌型生物活性骨替换材料的制备，具体的说是表面具备纳米管阵列、同时装载有钙、磷、银三种元素的医用钛的制备方法，属于生物材料领域。

背景技术

随着社会老龄化进程的加速，以及车祸等意外原因导致的骨折、骨缺损事故增多，人们对骨植入材料的需求逐年增加。据不完全统计，2006年全球人工关节销售近200万套，市场营业额约超过20亿美元。我国从九十年代中后期以来人工关节国内市场一直以年增长率超过15%的速度快速发展，从1998年的不到一万套发展到2006年的约九万套。据中国医疗器械行业协会骨科植入物专业委员会的预测，2020年人工关节销售量将达40万套，销售额超过80亿元。因此，研制用于人体硬组织修复的骨科植入物材料具有较好的经济效益。

钛具有比重小、强度高、无毒性、以及优良的耐腐蚀性和生物相容性等优点，是目前应用最为广泛的生物医用植入体材料，已成功用做人工骨、人工关节、种植牙、种矫形组件等。但钛作为生物惰性材料，与人体骨组织的结合是通过简单的机械嵌合作用，它不能诱导新骨在其表面生成，因此长期植入后植入体会出现松动现象，从而导致植入体失效。而且它的金属离子释放、磨粒形成，也会影响植入体的正常使用效果。此外，钛不具有抗菌性，植入人体后容易引发术后感染。据报道，目前由于植入体引发的术后感染率高达20%。术后感染不仅延长伤口的愈合时间，损害植入体的使用效果，严重时还可造成肢体的伤残与功能障碍，甚至截肢和危及生命，这不仅会给病人造成痛苦，而且消耗有限的医疗资源，增加患者负担。因此，为了改善钛植入体的性能，提高使用效果，在钛表面加载生物活性物质和抗菌剂是一种较为有效的方法。

天然骨的主要组成部分为羟基磷灰石和胶原。其中羟基磷灰石的主要构成元素为钙和磷。为了提高植入体材料的生物活性，在植入体表面沉积钙磷是应用较为广泛的骨替换材料制备方法。研究证实，植入体表面这层钙磷物质植入肌体后无排异反应，可促使植入体与骨组织形成生理性结合，具有良好的生物活性和生物相容性。目前在植入体表面引入钙磷的方法有很多，如等离子体喷涂、溶胶凝胶、激光熔敷、仿生矿化、微弧氧化等技术。然而这些技术要么对设备要求比较高，要么工艺过程比较繁杂，限制了其临床应用。

银是一种最常用的无机抗菌剂，具有高效、安全、广谱抗菌等优点，被广泛应用于建筑、陶瓷、纤维、塑料、涂料以及医用敷料等领域。但银在预防和治疗骨科植入物术后感染中的应用还不是很多，文献中报道的有以下几种：采用溶胶凝胶法在不锈钢表面制备银膜、掺银羟基磷灰石薄膜和掺银氧化硅薄膜；或者通过离子交换和离子注入，将银引入到植入物表面；在骨水泥中掺加纳米银颗粒。这些方法制备的载银抗菌材料虽然具有良好抗菌效果，也存在工艺复杂或者抗菌效果不易控制的不足。

阳极氧化是一种传统的金属表面处理方法，具有方便、快捷、易操作和价格低廉等特点。通过调整其工艺参数，可以在金属表面形成不同结构、形貌的氧化层，主要用于防腐、外观的改善、接头的黏结、提高耐磨性，以及光催化等领域。近几十年来，阳极氧化作为一种电化学自组装制备纳米结构的方法，发展异常迅速。但通过该方法对医用钛表面进行改性处理，使植入体同时具备生物活性和抗菌性能的研究尚未见报道。

为了改善医用钛植入体的性能，提高植入体的使用效果和手术成功率，本发明拟通过阳极氧化技术，将生物活性的钙磷盐和抗菌剂银引入到医用钛表面，以期获得具有良好生物活性和抗菌性的骨科植入体材料。

发明内容

本发明的目的在于针对当前技术中的医用钛植入体生物惰性且不具备抗菌性能的不足，提供一种抗菌型生物活性钛的制备方法，该方法通过阳极氧化将钙、磷、银三种元素同时引入到钛植入体表面，使得钛植入材料既具有了良好的生物活性，也表现出良好的抗菌性。

本发明的技术方案为：

一种医用钛表面载钙磷银纳米管阵列的制备方法，包括以下步骤：

将医用纯钛片打磨、清洗，然后作为阳极置于0.01-1M的NaF电解液中，电解液中板状石墨作为阴极，阴阳极间距为30-50mm，恒压模式下通过直流电源进行阳极氧化处理，反应温度为室温、氧化电压为5-30V、氧化时间为0-2小时；处理完毕后，从NaF电解液中取出钛片，经去离子水冲洗、晾干后，作为阴极置于0.01-1M的AgNO₃电解液中，石墨电极作为阳极，阴阳极间距为30-50mm，再次通过恒压模式，用直流电源进行阳极氧化处理，氧化温度为室温、氧化电压为1-20V、氧化时间为0-1小时；最终获得的钛片经去离子水冲洗、晾干后得到医用钛表面载钙磷银纳米管阵列。