[发明专利]在金属医用植入材料表面制备的ZIF-8@抗菌离子涂层及其制备方法

说明书

一种在金属医用植入材料表面制备的ZIF‑8@抗菌离子涂层及其制备方法，属于生物材料技术领域。本发明将抗菌离子(Sr²⁺、Mg²⁺、Ag⁺、Cu²⁺)和沸石咪唑酯骨架结构材料(ZIFs)进行了有效的结合，并成功复合于金属医用植入材料基底表面。由于金属医用植入材料基底具有良好的生物相容性，通过在其表面制备掺杂抗菌离子的ZIF‑8@抗菌离子涂层，成功的结合了三者的优势，使复合材料在具有较高的生物活性的同时具有抗菌效果。并且通过该方法制备的ZIF‑8@抗菌离子涂层在金属医用植入材料表面分散均匀，且和水的亲附性良好，有利于成骨细胞在其表面附着。通过改变掺杂原子的种类，可以使得材料在特定条件下的抗菌作用达到最大化的同时不损害人体细胞。

技术领域

本发明属于生物材料技术领域，具体涉及一种在金属医用植入材料表面制备的ZIF-8@抗菌离子涂层及其制备方法。

背景技术

近年来，生物材料被用来建造医疗设备或植入物，以取代病变或丧失的生物结构。自南茜等人(J.Biomed.Mater.Res 24(1998)324-335.)首次在小鼠模型中将钛器件应用于生物医学以来，因其优越的生物相容性，耐腐蚀性和低的模量，钛被广泛应用在金属植入物中。李亚峰(CN105985362A)等人提供了一种制备沸石咪唑酯骨架结构材料的方法，在常温常压下，利用无机碱或者有机胺作为去质子化剂，以咪唑类化合物与锌、钴金属离子构成具有沸石咪唑酯骨架结构材料(ZIFs)。Masako TSUKANAKA1(Dental Materials Journal2016；35(1):118–125)等人通过激光融化技术制备了复杂形状和结构的多孔钛植入体。张欣(ACS Appl.Mater.Interfaces 2017,9,25171-25183)等人在多孔钛表面制备了ZIF-8分子筛涂层，有效的促进了成骨基因的表达，且具有良好的生物相容性。然而假体周围关节感染通常会导致植入失败。其原理为：聚合物或金属磨损颗粒不易被巨噬细胞吞噬，导致细胞变为激活的炎症状态，在这种情况下它们分泌一系列细胞因子。这些细胞因子如肿瘤坏死因子可导致破骨细胞的产生和局部吸收骨组织，导致植入物与假体组织的间隙形成与扩大。因此，在植入物中引入具有抗菌效果的离子就显得尤为重要。

钛基底沸石咪唑酯骨架结构与抗菌离子复合的涂层材料是一类具有较低的弹性模量、良好的生物相容性、能够促进成骨基因表达、同时对革兰氏阴性菌和革兰氏阳性菌均有抗菌效果的一类材料，目前，还没有将抗菌离子(Sr²⁺、Mg²⁺、Ag⁺、Cu²⁺)引入ZIF并用于金属医用植入材料表面改性的报道。

发明内容

本发明提出了一种在金属医用植入材料表面制备的ZIF-8@抗菌离子涂层及其制备方法。该方法将抗菌离子(Sr²⁺、Mg²⁺、Ag⁺、Cu²⁺)和沸石咪唑酯骨架结构材料(ZIFs)进行了有效的结合，并成功复合于金属医用植入材料基底表面。由于金属医用植入材料基底具有良好的生物相容性，通过在其表面制备掺杂抗菌离子的ZIF-8@抗菌离子涂层，成功的结合了三者的优势，使复合材料在具有较高的生物活性的同时具有抗菌效果。并且通过该方法制备的ZIF-8@抗菌离子涂层在金属医用植入材料表面分散均匀，且和水的亲附性良好，有利于成骨细胞在其表面附着。该方法适用于各类抗菌离子在金属医用植入材料表面生长的分子筛中掺杂，通过改变掺杂原子的种类，可以使得材料在特定条件下的抗菌作用达到最大化的同时不损害人体细胞。目前相关复合材料的制备方法主要为水热法与溶剂热法且少见掺杂离子，以共合成法制备离子掺杂的ZIF-8涂层作为一种工艺简洁、高效、且环境友好的合成方法尚未见报道。

一种在金属医用植入材料表面制备ZIF-8@抗菌离子涂层的方法，其步骤如下：