[发明专利]一种抗降解和抗菌性能良好的二氧化铈掺杂硅酸钙涂层及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种抗降解和抗菌性能良好的二氧化铈掺杂硅酸钙涂层及其制备方法和应用，所述二氧化铈掺杂硅酸钙涂层由二氧化铈掺杂的硅酸钙基粉体通过等离子体喷涂技术喷涂在基材表面形成。本发明通过掺杂适量二氧化铈，能够赋予材料较好的抗菌活性。本发明提供的生物涂层，不仅具有优良的生物活性和生物相容性，而且具有抗降解性和抗菌性，解决了现有技术中所存在的缺陷问题，促进了硬组织的修复与替换材料领域的发展。

技术领域

本发明涉及一种抗降解和抗菌性能良好的二氧化铈掺杂硅酸钙涂层及其制备方法和应用，具体说，是涉及一种采用等离子体喷涂技术喷涂于纯钛、钛合金等金属基材表面的二氧化铈掺杂的硅酸钙基涂层及其制备方法和应用，属于医用生物涂层技术领域。

背景技术

骨科植入体手术中导致手术失败的主要原因包括植入体与相邻骨组织之间骨结合能力差、植入体与周围骨组织力学等性能不匹配和手术中引发的植入体感染等。其中植入体感染成为了骨科植入手术中最严峻的难题之一。据文献报道，骨折固定、关节置换、股骨和膝关节修复手术中的植入体感染率分别达到2％、5％、14％，植入体相关的感染给患者术后愈合带来了极大的不便。为了预防植入体相关的感染，较理想的方法是使植入体本身具备抗感染能力。因此，在植入体材料表面制备抗菌的涂层得到了广泛关注。

钛和钛合金等是临床上常用的骨植入材料，利用等离子体喷涂方法在其表面制备的硅酸钙涂层能够赋予其良好的生物相容性，增强其与骨组织间的结合。硅酸钙涂层材料在体外实验中表现出良好的生物活性、生物相容性，并且与金属基材结合强度较高；在体内动物实验中该涂层具有诱导骨生成的能力，与周围骨组织具有较强的结合能力。但是，涂层在生理体液侵蚀下的降解速度过快，其长效稳定性能有待提高；而且涂层不具抗菌性，术后抗感染能力较差。

综上所述，研究一种不仅具有优良的生物活性和生物相容性，而且具有抗降解性和抗菌性的生物涂层，对促使硬组织的修复与替换材料领域的发展，将具有深远的意义。

发明内容

本发明为了解决现有技术中所存在的缺陷问题，提供一种不仅具有优良的生物活性和生物相容性，而且具有抗降解性和抗菌性的生物涂层及其制备方法。

本发明的目的是提供一种抗降解和抗菌性能良好的二氧化铈掺杂硅酸钙涂层，所述二氧化铈掺杂硅酸钙涂层由二氧化铈掺杂的硅酸钙基粉体通过等离子体喷涂技术喷涂在基材表面形成。

本发明的生物涂层对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌具有明显的抗菌效果，抗菌率达到99％以上；而且在相当于人体生理环境的溶液中浸泡21天后的单位面积质量损失不到5mg/cm²，具有良好的抗降解性，可用作硬组织的修复与替换材料。稀土Ce离子具有较好的抗菌活性，对革兰氏阳性菌和阴性菌均有较强的杀灭效果，本发明通过掺杂适量二氧化铈，能够赋予材料较好的抗菌活性。本发明提供的生物涂层，不仅具有优良的生物活性和生物相容性，而且具有抗降解性和抗菌性，解决了现有技术中所存在的缺陷问题，促进了硬组织的修复与替换材料领域的发展。

作为一种优选方案，所述二氧化铈掺杂的硅酸钙基粉体中二氧化铈的质量分数为10～50％，过多的二氧化铈掺杂会导致较多的铈离子释放，易造成细胞毒性，而掺杂量过少会导致抗菌效果和化学稳定性提高不明显。所述的粉体是由粒径为10～200微米的颗粒组成，该尺寸范围内的颗粒有足够的流动性,有利于沉积在基体表面，提高涂层的结合强度。更优选地所述二氧化铈掺杂的硅酸钙基粉体中二氧化铈的质量分数为15～30％。

作为一种优选方案，所述基材为纯钛、钛合金、不锈钢或钴铬钼(CoCrMo)合金。这样的材料可以提供较好的强度、韧性和优良的加工性能。

本发明的另一个目的是提供一种所述二氧化铈掺杂硅酸钙涂层的制备方法，所述制备方法包括：以二氧化铈掺杂的硅酸钙基粉体为原料，采用等离子体喷涂技术将所述原料喷涂在经表面处理后的基材表面，得到所述二氧化铈掺杂硅酸钙涂层。