[发明专利]一种镁合金和钛合金耐蚀抗菌复合涂层的短流程制备方法

说明书

本发明提出一种镁合金和钛合金耐蚀抗菌复合涂层的短流程制备方法。该制备方法的核心步骤为将镁合金或钛合金置于含有还原性糖、氢氧化二氨合银和羟基磷灰石的电解液中进行微弧氧化处理。该制备方法可以在镁合金和钛合金表面通过微弧氧化技术一步制得含纳米银和羟基磷灰石异质粒子的复合氧化陶瓷层，同时提高镁合金和钛合金的耐蚀性、抗菌性和生物相容性。本发明的优点在于，银和羟基磷灰石异质粒子在复合涂层中分散相对均匀，复合涂层无分层现象，涂层性能整体均一，且复合涂层制备流程短，工艺简单高效，可以应用在骨板、骨钉以及血管介入治疗支架等生物材料领域。

技术领域

本发明涉及一种镁合金和钛合金耐蚀抗菌复合涂层的短流程制备方法，属于生物材料领域。

背景技术

近年来，骨骼创伤和心血管疾病的多发使得生物医用植入材料的市场得到快速拓展，生物植入材料显示出巨大的市场潜力和发展前景。目前，广泛应用于临床的生物植入材料主要包括不锈钢和钴铬合金。随着临床对于生物植入材料综合性能的提高，钛合金由于具有较好的生物相容性和力学相容性，其在生物植入材料领域开始得到临床应用。作为长期植入材料，金属离子的溶出将导致机体发生炎症和组织增生等问题。所以，为了增强钛合金的生物安全性，应该对其耐蚀性进行进一步优化。此外，为避免二次手术、减轻患者痛苦和降低医疗成本，生物可降解材料作为新一代植入材料正逐渐崭露头角。由于具有显著的生物相容性、可降解性和力学相容性，镁合金作为一种潜在的可降解植入材料成为此领域的研究焦点。然而，镁合金在生理环境下腐蚀速率较快，严重制约了其在临床上的广泛应用，必须加以控制。综上所述，镁及钛合金的耐蚀性都亟待优化提高。

另一方面，随着生物材料产业的高速发展，生物材料相关感染(Biomaterialcentered infections,BCI)已经成为了临床上一个非常棘手的问题。研究发现，无论是长期还是短期留置在生物体内的材料，均易引起各种细菌感染。一旦发生这种感染，即便使用百倍正常剂量的药物也不能予以有效治疗，并且人体自身免疫系统也不能有效应对。研究表明，生物组织工程装置同样存在严重的BCI问题。因此，生物植入材料抗菌性能的改善，成为促使其广泛临床应用的另一关键。

防护涂层可以有效提高植入合金的耐蚀性，目前已开发出多种镁合金和钛合金防护涂层制备技术。其中，微弧氧化技术是近年来新兴发展的一种表面处理技术，其可以在铝、镁、钛等阀金属表面依靠弧光放电产生的瞬时高温高压作用，生长出以基体金属氧化物为主的陶瓷膜层，该膜层具备高阻抗、电绝缘等特性，能够大幅增强合金的耐腐蚀性能，具有非常好的应用前景。然而生物医用镁合金和钛合金微弧氧化膜仍然存在着多孔结构易受侵蚀以及氧化物生物相容性欠佳的问题。针对于此，以往通常采用在微弧氧化膜层外侧进一步制备羟基磷灰石膜层，构筑层层复合涂层。例如，文献Journal of Alloys andCompounds,2015,633:435报道利用微弧氧化-水热处理方法，文献Colloids and SurfacesB:Biointerfaces,2013,102:321报道利用微弧氧化-电化学沉积方法，文献AppliedSurface Science,2015,324:765报道利用微弧氧化-电泳沉积方法，都在微弧氧化膜外侧制备了羟基磷灰石膜层。但是，这种层层复合涂层往往将各涂层的功能分离开来，不能有效地将各自优势整合到一体。

银作为一种广谱抗菌剂，在微弧氧化膜中复合银粒子可以提高材料的抗菌性，降低生物材料相关感染风险。此前，有文献Journal of Materials Science:Materials inMedicine,2009,20(1):339报道通过在微弧氧化电解液中加入胶体银，在镁合金表面成功制备了含银粒子的微弧氧化涂层。然而，胶体银电解液的分散稳定性较差，纳米银粒子容易在电解液中发生团聚而造成制备失败。此外，发明专利《一种轻金属基载银复合抗菌层及其制备方法》(申请号：CN201110081302.2)公布了一种先在轻金属基体表面上制备微弧氧化陶瓷层，再在微弧氧化陶瓷层上制备化学镀银层的方法；发明专利《一种医用钛及钛合金表面抗菌涂层的制备方法》(申请号：CN201210284692.8)公布了一种载银抗菌层的阳极化处理—浸泡加紫外光辐照处理—微弧氧化处理的多步制备方法。