專利名稱：實(shí)現(xiàn)經(jīng)皮器件生物密封的生物活性材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及生物材料及其制備技術(shù)，具體地說，是涉及實(shí)現(xiàn)經(jīng)皮器件生物密封的生物活性材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
經(jīng)皮器件是指一端植入體內(nèi)，另一端露于體外的植入體，用作體內(nèi)外進(jìn)行信息交換的窗口。信息交換包括應(yīng)力傳遞、物質(zhì)交換、電信號輸入和輸出等。經(jīng)皮器件由于穿透皮膚，它與皮膚能否形成生物密封是其成功與否的關(guān)鍵。而所用材料與皮膚的生物相容性是決定能否形成生物密封的關(guān)鍵因素。
國內(nèi)外用于經(jīng)皮器件的材料有醫(yī)用陶瓷、醫(yī)用高分子和醫(yī)用金屬的報道，如日本的青木秀希(Hideki Aoki)將生物活性羥基磷灰石陶瓷用于經(jīng)皮器件[Hideki Aoki，Science and medical application of hydroxyaptite，JAAS，1991]，成功地實(shí)現(xiàn)了生物密封。但是醫(yī)用陶瓷，包括羥基磷灰石陶瓷的力學(xué)性能差，呈脆性，不可彎曲，在外力作用下很容易發(fā)生斷裂，引起植入體失敗，因此它不能用于承力的經(jīng)皮器件，如不能用于植入式假肢的經(jīng)皮中間連接體，也不可用于需要臨床彎曲的經(jīng)皮器件，如不能用于經(jīng)皮植入醫(yī)用導(dǎo)管?，F(xiàn)在應(yīng)用最廣泛的經(jīng)皮植入材料是醫(yī)用高分子材料，如聚氨脂甲酸酯(polyurethane)，[G.Heimke，Percutaneous implant，Adv.Mater.，3，108-110，1991]，聚乙烯(polyethylene)，[Y.C.G.J Paquay，J.E.de Ruijter，J.A.Jansen，Tissue reaction to Dacron velour and Tifiber mesh used for anchorage of percutaneous devices，Biomaterials，17，1251-1256，1996]。高分子材料用于經(jīng)皮器件的主要問題是它們?nèi)狈ι锘钚?，只能在植入部位短期?nèi)行使功能，長期植入后，因?yàn)椴荒芘c皮膚形成生物密封而造成感染，導(dǎo)致植入失敗。同時，高分子材料的剛性太差，不能用于承力部位的經(jīng)皮器件，如植入式假肢的經(jīng)皮中間連接體。而現(xiàn)在應(yīng)用于經(jīng)皮器件的金屬材料都是生物惰性材料，如醫(yī)用鈦及其合金[Yang BC，Weng J，Li XD，Yang ZJ，F(xiàn)eng JM，Chen JY，Preliminary study on HA coating percutaneously implantedin bone，Int.J.Artif.Organs，22，713-718，1999]，醫(yī)用不銹鋼[Pfingst BE，Albrektsson T，Tjellstrom A，Miller JM，Zappia J，Xue XL，Weiser F，Chronic skull-anchored percutaneous implants in non-humanprimates.J Neurosci Methods.29，207-16，1989.]。金屬材料的優(yōu)點(diǎn)表現(xiàn)在力學(xué)性能優(yōu)良，但是由于生物惰性金屬材料不具有生物活性，植入體內(nèi)后不能與組織形成有機(jī)結(jié)合，即不能與皮膚形成生物密封，長期植入后，也會因?yàn)楦腥緦?dǎo)致植入失敗。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的正是為了克服現(xiàn)有用作經(jīng)皮器件的生物醫(yī)用材料所存在的缺陷，并針對各種應(yīng)用目標(biāo)，含承力或不承力的經(jīng)皮器件，彎曲或不彎曲的經(jīng)皮器件，提出了可實(shí)現(xiàn)經(jīng)皮器件生物密封的生物活性材料及其制備方法。本發(fā)明通過賦予經(jīng)皮植入體材料表面生物活性基團(tuán)，使其在體內(nèi)或體外形成鈣磷系涂層，從而使得所用經(jīng)皮器件能夠與皮膚形成生物密封。
本發(fā)明的目的是通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。
實(shí)現(xiàn)經(jīng)皮器件生物密封的生物活性材料的制備方法，是采用對生物醫(yī)用陶瓷、生物醫(yī)用高分子、生物醫(yī)用金屬等生物醫(yī)用材料表面進(jìn)行改性，通過賦予用作經(jīng)皮器件的生物醫(yī)用材料表面生物活性基團(tuán)，這些生物活性基團(tuán)包括含羥基的氧化物、或可降解產(chǎn)生鈣磷離子的涂層、或含羥基的凝膠或高分子膜等，生物活性基團(tuán)在體內(nèi)生理環(huán)境或體外模擬生理環(huán)境下吸附鈣磷離子，從而在生物材料表面產(chǎn)生鈣磷系涂層，所產(chǎn)生的鈣磷系涂層能夠與皮膚發(fā)生生物學(xué)反應(yīng)，使得皮膚在生物材料表面形成緊密貼附，鈣磷系涂層與皮膚有良好生物相容性，從而實(shí)現(xiàn)經(jīng)皮植入體與皮膚的生物密封。對生物醫(yī)用陶瓷、生物醫(yī)用高分子、生物醫(yī)用金屬材料表面改性的方法包括電化學(xué)表面改性、涂層表面改性和化學(xué)表面改性方法。
對生物醫(yī)用材料表面改性方法中的電化學(xué)表面改性方法，是將具有導(dǎo)電性的生物金屬作為陽極和陰極材料，在酸性電解質(zhì)、或在堿性電解質(zhì)、或在中性電解質(zhì)內(nèi)進(jìn)行電化學(xué)處理，處理后的陽極和陰極因?yàn)楸砻娈a(chǎn)生了含羥基的氧化物，氧化物在體內(nèi)生理環(huán)境或體外模擬生理環(huán)境下吸附鈣磷離子，進(jìn)而在生物金屬材料表面形成鈣磷系涂層，該鈣磷系涂層與皮膚有良好生物相容性，從而使表面改性后的生物金屬材料用作經(jīng)皮器件能夠與皮膚形成生物密封。
對生物醫(yī)用材料表面改性方法中的涂層表面改性方法，是將生物材料作為基底材料，采用常規(guī)等離子噴涂法、或溶液沉積法或電泳沉積法將生物陶瓷涂在基底材料表面形成涂層，該表面涂層在體內(nèi)生理環(huán)境或體外模擬生理環(huán)境下吸附鈣磷離子，進(jìn)而在生物材料表面形成鈣磷系涂層，該鈣磷系涂層與皮膚有良好生物相容性，從而使表面改性后的生物材料用作經(jīng)皮器件能夠與皮膚形成生物密封。
對生物醫(yī)用材料表面改性方法中的化學(xué)表面改性方法，是將生物材料在酸性溶液、或堿性溶液、或中性溶液中的一種溶液或者它們的混合溶液中處理，處理后的生物材料表面產(chǎn)生凝膠或高分子膜，凝膠或高分子膜在體內(nèi)生理環(huán)境或體外模擬生理環(huán)境下吸附鈣磷離子，并在生物材料表面形成鈣磷系涂層，該鈣磷系涂層與皮膚有良好生物相容性，從而使表面改性后的生物材料用作經(jīng)皮器件能夠與皮膚形成生物密封。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)1.通過對生物醫(yī)用陶瓷、生物醫(yī)用高分子和生物醫(yī)用金屬材料表面進(jìn)行改性，使之賦予生物材料表面生物活性基團(tuán)，從而使表面改性后的生物材料制作的經(jīng)皮器件植入體內(nèi)能夠與皮膚形成生物密封。
2.通過對生物醫(yī)用材料表面改性后，克服了原有生物材料力學(xué)性能差、脆性、加工性能差等缺點(diǎn)。
3.表面改性后的生物材料具有生物活性，制作的經(jīng)皮器件能長期植入體內(nèi)，不會造成感染，具有穩(wěn)定性、安全性，從而使植入獲得成功。
四

圖1為本發(fā)明電化學(xué)表面改性鈦金屬獲得的生物活性材料結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本發(fā)明電化學(xué)表面改性鉭金屬獲得的生物活性材料結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3為本發(fā)明電化學(xué)表面改性鋁金屬獲得的生物活性材料結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4為本發(fā)明涂層表面改性鈦金屬獲得的生物活性材料結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5為本發(fā)明涂層表面改性超高分子量聚乙烯獲得的生物活性材料結(jié)構(gòu)示意圖。
圖6為本發(fā)明涂層表面改性氧化鋁陶瓷獲得的生物活性材料結(jié)構(gòu)示意圖。
圖7為本發(fā)明化學(xué)表面改性鈦合金獲得的生物活性材料結(jié)構(gòu)示意圖。
圖8為本發(fā)明化學(xué)表面改性氧化鈦陶瓷獲得的生物活性材料結(jié)構(gòu)示意圖。
圖9為本發(fā)明化學(xué)表面改性超高分子量聚乙烯獲得的生物活性材料結(jié)構(gòu)示意圖。
五具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖并用實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。但本發(fā)明的內(nèi)容不僅限于本實(shí)施例中所涉及的內(nèi)容。
用電化學(xué)表面改性金屬材料的方法及步驟表述如下a)、將生物醫(yī)用鈦金屬1作為陽極和陰極材料，在0.01～10摩爾/升的硫酸(H2SO4)溶液中，在1～300V直流電壓下，環(huán)境溫度-50℃～100℃條件下處理0.1～600秒后，再用去離子水、或生理鹽水、或蒸餾水等清潔水清洗后，在鈦金屬材料表面生成了含有羥基3的氧化鈦2，這些覆蓋有氧化鈦的鈦金屬材料或者直接用作經(jīng)皮植入體，經(jīng)皮植入體在植入部位吸附生理環(huán)境中的鈣磷，在鈦金屬材料表面產(chǎn)生鈣磷系涂層，從而材料能與皮膚形成生物密封；鈦金屬材料或者在體外含鈣磷的溶液中，如模擬體液、或加速鈣化溶液、或含蛋白質(zhì)的鈣磷溶液中，在0～50℃條件下浸泡0.1～720小時，在材料表面產(chǎn)生鈣磷系涂層，鈣磷系涂層與皮膚有良好生物相容性，故表面改性后的鈦金屬材料制作經(jīng)皮植入體能與皮膚形成生物密封；b)、同樣可將生物醫(yī)用鉭金屬4為陽極和陰極材料，在0.01～10摩爾/升的硫酸鈉(Na2SO4)溶液中，所加電壓、使用溫度、處理時間及所用清潔水等條件與生物鈦金屬相同，在鉭金屬表面生成含有羥基3的氧化鉭5，處理后的鉭金屬材料用作經(jīng)皮植入體能夠與皮膚形成生物密封；c)、同樣還可將生物醫(yī)用鋁金屬6為陽極和陰極材料，在0.01～10摩爾/升的氫氧化鈉(NaOH)溶液中，在所加電壓、使用溫度、處理時間及所用清潔水等條件與生物鈦金屬相同；在鋁金屬表面生成含有羥基3的氧化鋁7，處理后的鋁金屬材料用作經(jīng)皮植入體能夠與皮膚形成生物密封。
用涂層表面改性生物陶瓷、或生物高分子、或生物金屬材料方法及步驟表述如下d)、以生物醫(yī)用鈦金屬1為基底材料，其表面粗糙度Ra 0～10微米，在含有0.01～1摩爾/升的硝酸鈣(Ca(NO3)2)和0.01～1摩爾/升的磷酸二氫氨(NH4H2PO4)的溶液中，以鈦金屬基底材料為陽極和陰極，在1～150mA的直流電流條件下電泳沉積鈣磷涂層8于基底材料表面，將覆蓋有鈣磷涂層的鈦金屬材料或者直接用作經(jīng)皮植入體，經(jīng)皮植入體在植入部位吸附生理環(huán)境中的鈣磷，在材料表面產(chǎn)生新的鈣磷系涂層，從而材料能與皮膚形成生物密封；或者在體外含鈣磷的溶液中，如模擬體液、加速鈣化溶液、含蛋白質(zhì)的鈣磷溶液中，在0～50℃條件下浸泡0.1～720小時，在材料表面產(chǎn)生新的鈣磷系涂層，鈣磷系涂層與皮膚有良好生物相容性，故鈦金屬材料用作經(jīng)皮植入體能夠與皮膚形成生物密封；e)、以生物醫(yī)用超高分子量聚乙烯9為基底材料，在含有0.01～1摩爾/升的硝酸鈣(Ca(NO3)2)和0.01～1摩爾/升的磷酸二氫氨(NH4H2PO4)的溶液中浸泡1～30天，在基底材料表面產(chǎn)生鈣磷涂層8，將覆蓋有鈣磷涂層的材料或者直接用作經(jīng)皮植入體，經(jīng)皮植入體在植入部位吸附生理環(huán)境中的鈣磷，在材料表面產(chǎn)生新的鈣磷系涂層，從而材料與皮膚形成生物密封；或者在體外含鈣磷的溶液中，如模擬體液、加速鈣化溶液、含蛋白質(zhì)的鈣磷溶液中，在0～50℃條件下浸泡0.1～720小時，在材料表面產(chǎn)生新的鈣磷系涂層，鈣磷系涂層與皮膚有良好生物相容性，故超高分子量聚乙烯材料用作經(jīng)皮植入體能與皮膚形成生物密封；f)、以生物醫(yī)用氧化鋁陶瓷10為基底材料，表面粗糙度Ra 0～10微米，以鈣磷系粉體11為原料，以氮?dú)鉃殁}磷系等離子體發(fā)生氣體，在300～500A強(qiáng)電流條件下加熱發(fā)生電離產(chǎn)生等離子體，鈣磷系粉體原料在等離子體作用下表面發(fā)生熔融，并被氣體高速地噴射到氧化鋁陶瓷基底材料表面形成鈣磷涂層，將覆蓋有鈣磷涂層的材料或者直接用作經(jīng)皮植入體，經(jīng)皮植入體在植入部位吸附生理環(huán)境中的鈣磷，在材料表面產(chǎn)生新的鈣磷系涂層，從而材料與皮膚形成生物密封；或者在體外含鈣磷的溶液中，在0～50℃溫度下浸泡0.1～720小時，在材料表面產(chǎn)生新的鈣磷系涂層，鈣磷系涂層與皮膚有良好生物相容性，故該氧化鋁陶瓷材料用作經(jīng)皮植入體能與皮膚形成生物密封。
用化學(xué)表面改性生物陶瓷、或生物高分子、或生物金屬材料方法及步驟表述如下g)、將生物醫(yī)用鈦合金12用作基底材料，在0.1～10摩爾/升氫氧化鈉(NaOH)溶液中，在溫度0℃～100℃條件下浸泡1～72小時，然后在常溫至800℃條件下加熱處理0～72小時，從而在鈦合金表面產(chǎn)生鈦凝膠13，覆蓋有鈦凝膠的鈦合金或者直接用作經(jīng)皮植入體，經(jīng)皮植入體在植入部位吸附生理環(huán)境中的鈣磷，在金屬材料表面產(chǎn)生鈣磷系涂層，從而材料與皮膚形成生物密封，或者在體外含鈣磷的溶液中，如模擬體液、加速鈣化溶液、含蛋白質(zhì)的鈣磷溶液中，在0～50℃條件下浸泡0.1～720小時，在材料表面產(chǎn)生鈣磷系涂層，鈣磷系涂層與皮膚有良好生物相容性，故該鈦合金材料用作經(jīng)皮植入體能與皮膚形成生物密封；h)、將氧化鈦陶瓷14用作基底材料，在0.1～10摩爾/升硫酸(H2SO4)溶液中，在0℃～100℃條件下浸泡1～72小時，再在0.1～10摩爾/升氫氧化鈉(NaOH)溶液中在0℃～100℃條件下浸泡1～72小時，然后在常溫至800℃條件下熱處理0～72小時，從而在氧化鈦陶瓷表面產(chǎn)生鈦凝膠13，覆蓋有鈦凝膠的材料或者直接用作經(jīng)皮植入體，經(jīng)皮植入體在植入部位吸附生理環(huán)境中的鈣磷，在材料表面產(chǎn)生鈣磷系涂層，從而材料與皮膚形成生物密封；或者在體外含鈣磷的溶液中，如模擬體液、加速鈣化溶液、含蛋白質(zhì)的鈣磷溶液中，在0～50℃條件下浸泡0.1～720小時，在材料表面產(chǎn)生鈣磷系涂層，鈣磷系涂層與皮膚有良好生物相容性，故該氧化鈦陶瓷用作經(jīng)皮植入體能與皮膚形成生物密封；i)、將生物醫(yī)用超高分子量聚乙烯9用作基底材料，浸入0.01～10％膠原溶液中0.1～100秒，然后在0.01～1.0％的戊二醛溶液中交聯(lián)0.1～100分鐘后，在超高分子量聚乙烯基底材料表面產(chǎn)生一層膠原膜即高分子膜15，覆蓋有高分子膜的材料或者直接用作經(jīng)皮植入體，經(jīng)皮植入體在植入部位吸附生理環(huán)境中的鈣磷，在材料表面產(chǎn)生鈣磷系涂層，從而材料與皮膚形成生物密封，或者在體外含鈣磷的溶液中，如模擬體液、加速鈣化溶液、含蛋白質(zhì)的鈣磷溶液中，在0～50℃條件下浸泡0.1～720小時，在材料表面產(chǎn)生鈣磷系涂層，鈣磷系涂層與皮膚有良好生物相容性，故該超高分子量聚乙烯制作經(jīng)皮植入體能與皮膚形成生物密封。
實(shí)施例1將生物醫(yī)用鈦金屬1作為陽極和陰極材料，在1摩爾/升的硫酸(H2SO4)溶液中，在155V直流電壓、環(huán)境溫度28℃條件下處理60秒后，再用去離子水、或生理鹽水、或蒸餾水等清潔水清洗后，在鈦金屬1材料表面生成了含羥基3的氧化鈦2，覆蓋有氧化鈦的鈦金屬材料或者直接用作經(jīng)皮植入體，經(jīng)皮植入體在植入部位吸附生理環(huán)境中的鈣磷，在鈦金屬材料表面產(chǎn)生鈣磷系涂層，從而該材料能與皮膚形成生物密封；鈦金屬材料或者在體外含鈣磷的溶液中，如模擬體液、或加速鈣化溶液、或含蛋白質(zhì)的鈣磷溶液中，在37.4℃條件下浸泡240小時，在材料表面產(chǎn)生鈣磷系涂層，鈣磷系涂層與皮膚有良好生物相容性，故表面改性后的鈦金屬材料用作經(jīng)皮植入體能與皮膚形成生物密封；實(shí)施例2以生物醫(yī)用氧化鋁陶瓷10為基底材料，表面粗糙度Ra5微米，以鈣磷系粉體11為原料，以氮?dú)鉃殁}磷系等離子體發(fā)生氣體，在400A強(qiáng)電流條件下加熱發(fā)生電離產(chǎn)生等離子體，鈣磷系粉體原料在等離子體作用下表面發(fā)生熔融，并被氣體高速地噴射到氧化鋁陶瓷基底材料表面形成鈣磷涂層，將覆蓋有鈣磷涂層的材料或者直接用作經(jīng)皮植入體，經(jīng)皮植入體在植入部位吸附生理環(huán)境中的鈣磷，在材料表面產(chǎn)生新的鈣磷系涂層，從而材料與皮膚形成生物密封；或者在體外含鈣磷的溶液中，在溫度37.4℃條件下浸泡240小時，在材料表面產(chǎn)生新的鈣磷系涂層，鈣磷系涂層與皮膚有良好生物相容性，故該氧化鋁陶瓷材料制作經(jīng)皮植入體能與皮膚形成生物密封。
實(shí)施例3
將生物醫(yī)用鈦合金12用作基底材料，在10摩爾/升氫氧化鈉(NaOH)溶液中，在溫度60℃條件下浸泡24小時，然后在600℃條件下加熱處理24小時，從而在鈦金屬表面產(chǎn)生鈦凝膠13，覆蓋有鈦凝膠的鈦合金或者直接用作經(jīng)皮植入體，經(jīng)皮植入體在植入部位吸附生理環(huán)境中的鈣磷，在鈦合金材料表面產(chǎn)生鈣磷系涂層，從而材料與皮膚形成生物密封，或者在體外含鈣磷的溶液中，如模擬體液、或加速鈣化溶液、或含蛋白質(zhì)的鈣磷溶液中，在37.4℃溫度下浸泡240小時，在材料表面產(chǎn)生鈣磷系涂層，鈣磷系涂層與皮膚有良好生物相容性，故該鈦合金材料用作經(jīng)皮植入體能與皮膚形成生物密封。
用作經(jīng)皮器件的生物醫(yī)用陶瓷、生物醫(yī)用高分子、生物醫(yī)用金屬等醫(yī)用材料，其特點(diǎn)是經(jīng)表面改性后的生物醫(yī)用材料表面具有生物活性基團(tuán)，這些生物活性基團(tuán)包括含羥基的氧化物、或可降解產(chǎn)生鈣磷離子的涂層、或含羥基的凝膠或高分子膜，該生物活性材料用作經(jīng)皮器件能夠與皮膚形成生物密封，并具有在體內(nèi)或體外誘導(dǎo)在其表面產(chǎn)生鈣磷系涂層的能力，鈣磷系涂層與皮膚有良好的生物相容性，因而可與皮膚形成生物密封。
下面以本發(fā)明表面改性后具有生物活性的生物醫(yī)用鈦金屬材料用于穿皮植入截肢后的人體股骨內(nèi)為例作一介紹。由于鈦金屬表面生成了含羥基的氧化鈦，這些覆蓋有氧化鈦的材料穿皮植入截肢后的人體股骨內(nèi)，一端與股骨緊密結(jié)合，另一端露于體外，皮膚與材料緊密接觸。植入0～120天后，皮膚與材料形成生物密封，皮膚沿材料表面移行生長深度小于2mm。形成生物密封后，在體外端安裝體外假肢。在這里，材料用作植入式假肢的中間連接體，以傳遞假肢與股骨間的應(yīng)力。由于所制備的生物活性鈦金屬在體內(nèi)誘導(dǎo)產(chǎn)生鈣磷系涂層于其表面，鈣磷系涂層將和皮膚形成生物密封。因而該植入具有長期性、穩(wěn)定性，安全性。
本發(fā)明還將具有生物活性膠原高分子表面層的超高分子量聚乙烯管穿皮植入人體內(nèi)，皮下端與切除了直腸的消化道連接，皮外端與瘺袋連接。植入0-120天后，皮膚與材料形成生物密封。在這里，具有活性的生物材料用作經(jīng)皮植入的瘺管，進(jìn)行體內(nèi)外物質(zhì)的交換。上面所述經(jīng)皮植入體還可用于動物體內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種可實(shí)現(xiàn)經(jīng)皮器件生物密封的生物活性材料的制備方法，其特征是采用對生物醫(yī)用陶瓷、生物醫(yī)用高分子、生物醫(yī)用金屬等生物醫(yī)用材料表面進(jìn)行改性，通過賦予制作經(jīng)皮器件的生物醫(yī)用材料表面生物活性基團(tuán)，這些生物活性基團(tuán)包括含羥基的氧化物、或可降解產(chǎn)生鈣磷離子的涂層、或含羥基的凝膠或者高分子膜，生物活性基團(tuán)在體內(nèi)生理環(huán)境或體外模擬生理環(huán)境下吸附鈣磷離子，進(jìn)而在生物醫(yī)用材料表面產(chǎn)生鈣磷系涂層，所產(chǎn)生的鈣磷系涂層可與皮膚發(fā)生生物學(xué)反應(yīng)，使得皮膚在生物醫(yī)用材料表面形成緊密貼附，由于該鈣磷系涂層與皮膚有良好生物相容性，從而實(shí)現(xiàn)經(jīng)皮器件植入體的生物密封，對生物醫(yī)用陶瓷、生物醫(yī)用高分子、生物醫(yī)用金屬材料表面改性的方法包括電化學(xué)表面改性、涂層表面改性和化學(xué)表面改性方法。
2.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征是所說對生物醫(yī)用材料表面改性方法中的電化學(xué)表面改性方法，是將具有導(dǎo)電性的生物金屬材料作為陽極和陰極，然后在酸性電解質(zhì)、或在堿性電解質(zhì)、或在中性電解質(zhì)內(nèi)進(jìn)行電化學(xué)處理，處理后的陽極和陰極因?yàn)楸砻娈a(chǎn)生了含羥基子的氧化物，氧化物在體內(nèi)生理環(huán)境或體外模擬生理環(huán)境下吸附鈣磷離子，進(jìn)而在生物金屬材料表面形成鈣磷系涂層，該鈣磷系涂層與皮膚有良好生物相容性，從而使表面改性后具有生物活性的生物金屬材料制作的經(jīng)皮器件能夠與皮膚形成生物密封，用電化學(xué)表面改性生物金屬材料方法及步驟表述如下a)、將生物醫(yī)用鈦金屬(1)作為陽極和陰極材料，在0.01～10摩爾/升的硫酸(H2SO4)溶液中，在1～300V直流電壓下，環(huán)境溫度-50℃～100℃條件下處理0.1～600秒后，再用去離子水、或生理鹽水、或蒸餾水等清潔水清洗后，在鈦金屬材料表面生成了含有羥基(3)的氧化鈦(2)，這些覆蓋有氧化鈦的鈦金屬材料或者直接用作經(jīng)皮植入體，經(jīng)皮植入體在植入部位吸附生理環(huán)境中的鈣磷，在鈦金屬材料表面產(chǎn)生鈣磷系涂層，從而材料能與皮膚形成生物密封；鈦金屬材料或者在體外含鈣磷的溶液中，如模擬體液、或加速鈣化溶液、或含蛋白質(zhì)的鈣磷溶液中，在0～50℃條件下浸泡0.1～720小時，在材料表面產(chǎn)生鈣磷系涂層，鈣磷系涂層與皮膚有良好生物相容性，故表面改性后的鈦金屬材料制作經(jīng)皮植入體能與皮膚形成生物密封；b)、同樣可將生物醫(yī)用鉭金屬(4)為陽極和陰極材料，在0.01～10摩爾/升的硫酸鈉(Na2SO4)溶液中，所加電壓、使用溫度、處理時間及所用清潔水等條件與生物鈦金屬相同，在鉭金屬表面生成含有羥基(3)的氧化鉭(5)，處理后的鉭金屬材料用作經(jīng)皮植入體能夠與皮膚形成生物密封；c)、同樣還可將生物醫(yī)用鋁金屬(6)為陽極和陰極材料，在0.01～10摩爾/升的氫氧化鈉(NaOH)溶液中，在所加電壓、使用溫度、處理時間及所用清潔水等條件與生物鈦金屬相同；在鋁金屬表面生成含有羥基(3)的氧化鋁(7)，處理后的鋁金屬材料用作經(jīng)皮植入體能夠與皮膚形成生物密封。
3.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征是所說對生物醫(yī)用材料表面改性方法中的涂層表面改性方法，是將生物醫(yī)用陶瓷、或生物醫(yī)用高分子、或生物醫(yī)用金屬材料作為基底材料，采用常規(guī)等離子噴涂法、或溶液沉積法、或電泳沉積法將生物醫(yī)用陶瓷涂在基底材料表面形成涂層，該表面涂層在體內(nèi)生理環(huán)境或體外模擬生理環(huán)境下吸附鈣磷離子，進(jìn)而在生物材料表面形成鈣磷系涂層，該鈣磷系涂層與皮膚有良好生物相容性，從而使表面改性后具有生物活性的生物材料用作經(jīng)皮器件能夠與皮膚形成生物密封，用涂層表面改性上述生物醫(yī)用材料方法及步驟表述如下d)、以生物醫(yī)用鈦金屬(1)為基底材料，其表面粗糙度Ra 0～10微米，在含有0.01～1摩爾/升的硝酸鈣(Ca(NO3)2)和0.01～1摩爾/升的磷酸二氫氨(NH4H2PO4)的溶液中，以鈦金屬基底材料為陽極和陰極，在1～150mA的直流電流條件下電泳沉積鈣磷涂層(8)于基底材料表面，將覆蓋有鈣磷涂層的鈦金屬材料或者直接用作經(jīng)皮植入體，經(jīng)皮植入體在植入部位吸附生理環(huán)境中的鈣磷，在材料表面產(chǎn)生新的鈣磷系涂層，從而材料能與皮膚形成生物密封；或者在體外含鈣磷的溶液中，如模擬體液、加速鈣化溶液、含蛋白質(zhì)的鈣磷溶液中，在0～50℃條件下浸泡0.1～720小時，在材料表面產(chǎn)生新的鈣磷系涂層，鈣磷系涂層與皮膚有良好生物相容性，故鈦金屬材料用作經(jīng)皮植入體能夠與皮膚形成生物密封；e)、以生物醫(yī)用超高分子量聚乙烯(9)為基底材料，在含有0.01～1摩爾/升的硝酸鈣(Ca(NO3)2)和0.01～1摩爾/升的磷酸二氫氨(NH4H2PO4)的溶液中浸泡1～30天，在基底材料表面產(chǎn)生鈣磷涂層(8)，將覆蓋有鈣磷涂層的材料或者直接用作經(jīng)皮植入體，經(jīng)皮植入體在植入部位吸附生理環(huán)境中的鈣磷，在材料表面產(chǎn)生新的鈣磷系涂層，從而材料與皮膚形成生物密封；或者在體外含鈣磷的溶液中，如模擬體液、加速鈣化溶液、含蛋白質(zhì)的鈣磷溶液中，在0～50℃條件下浸泡0.1～720小時，在材料表面產(chǎn)生新的鈣磷系涂層，鈣磷系涂層與皮膚有良好生物相容性，故超高分子量聚乙烯材料用作經(jīng)皮植入體能與皮膚形成生物密封；f)、以生物醫(yī)用氧化鋁陶瓷(10)為基底材料，表面粗糙度Ra 0～10微米，以鈣磷系粉體(11)為原料，以氮?dú)鉃殁}磷系等離子體發(fā)生氣體，在300～500A強(qiáng)電流條件下加熱發(fā)生電離產(chǎn)生等離子體，鈣磷系粉體原料在等離子體作用下表面發(fā)生熔融，并被氣體高速地噴射到氧化鋁陶瓷基底材料表面形成鈣磷涂層，將覆蓋有鈣磷涂層的材料或者直接用作經(jīng)皮植入體，經(jīng)皮植入體在植入部位吸附生理環(huán)境中的鈣磷，在材料表面產(chǎn)生新的鈣磷系涂層，從而材料與皮膚形成生物密封；或者在體外含鈣磷的溶液中，在0～50℃溫度下浸泡0.1～720小時，在材料表面產(chǎn)生新的鈣磷系涂層，鈣磷系涂層與皮膚有良好生物相容性，故該氧化鋁陶瓷材料用作經(jīng)皮植入體能與皮膚形成生物密封。
4.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征是所說對生物醫(yī)用材料表面改性方法中的化學(xué)表面改性方法，是將生物醫(yī)用陶瓷、或生物醫(yī)用高分子、或生物醫(yī)用金屬在酸性溶液、或堿性溶液、或中性溶液中的一種溶液中或者它們的混合溶液中處理，處理后的生物材料表面產(chǎn)生凝膠或高分子膜，凝膠或高分子膜在體內(nèi)生理環(huán)境或體外模擬生理環(huán)境下吸附鈣磷離子，并在生物材料表面形成鈣磷系涂層，該鈣磷系涂層與皮膚有良好生物相容性，從而使表面改性后具有生物活性的生物材料用作經(jīng)皮器件能夠與皮膚形成生物密封，用化學(xué)表面改性上述生物醫(yī)用材料方法及步驟表述如下g)、將生物醫(yī)用鈦合金(12)用作基底材料，在0.1～10摩爾/升氫氧化鈉(NaOH)溶液中，在溫度0℃～100℃條件下浸泡1～72小時，然后在常溫至800℃條件下加熱處理0～72小時，從而在鈦合金表面產(chǎn)生鈦凝膠(13)，覆蓋有鈦凝膠的鈦合金或者直接用作經(jīng)皮植入體，經(jīng)皮植入體在植入部位吸附生理環(huán)境中的鈣磷，在金屬材料表面產(chǎn)生鈣磷系涂層，從而材料與皮膚形成生物密封，或者在體外含鈣磷的溶液中，如模擬體液、加速鈣化溶液、含蛋白質(zhì)的鈣磷溶液中，在0～50℃條件下浸泡0.1～720小時，在材料表面產(chǎn)生鈣磷系涂層，鈣磷系涂層與皮膚有良好生物相容性，故該鈦合金材料用作經(jīng)皮植入體能與皮膚形成生物密封；h)、將氧化鈦陶瓷(14)用作基底材料，在0.1～10摩爾/升硫酸(H2SO4)溶液中，在0℃～100℃條件下浸泡1～72小時，再在0.1～10摩爾/升氫氧化鈉(NaOH)溶液中在0℃～100℃條件下浸泡1～72小時，然后在常溫至800℃條件下熱處理0～72小時，從而在氧化鈦陶瓷表面產(chǎn)生鈦凝膠(13)，覆蓋有鈦凝膠的材料或者直接用作經(jīng)皮植入體，經(jīng)皮植入體在植入部位吸附生理環(huán)境中的鈣磷，在材料表面產(chǎn)生鈣磷系涂層，從而材料與皮膚形成生物密封；或者在體外含鈣磷的溶液中，如模擬體液、加速鈣化溶液、含蛋白質(zhì)的鈣磷溶液中，在0～50℃條件下浸泡0.1～720小時，在材料表面產(chǎn)生鈣磷系涂層，鈣磷系涂層與皮膚有良好生物相容性，故該氧化鈦陶瓷用作經(jīng)皮植入體能與皮膚形成生物密封；i)、將生物醫(yī)用超高分子量聚乙烯(9)用作基底材料，浸入0.01～10％膠原溶液中0.1～100秒，然后在0.01～1.0％的戊二醛溶液中交聯(lián)0.1～100分鐘后，在超高分子量聚乙烯基底材料表面產(chǎn)生一層膠原膜即高分子膜(15)，覆蓋有膠原膜的材料或者直接用作經(jīng)皮植入體，經(jīng)皮植入體在植入部位吸附生理環(huán)境中的鈣磷，在材料表面產(chǎn)生鈣磷系涂層，從而材料與皮膚形成生物密封，或者在體外含鈣磷的溶液中，如模擬體液、加速鈣化溶液、含蛋白質(zhì)的鈣磷溶液中，在0～50℃條件下浸泡0.1～720小時，在材料表面產(chǎn)生鈣磷系涂層，鈣磷系涂層與皮膚有良好生物相容性，故該超高分子量聚乙烯制作經(jīng)皮植入體能與皮膚形成生物密封。
5.按照權(quán)利要求2所述的方法，其特征是所說電化學(xué)表面改性鈦金屬最佳處理?xiàng)l件是將生物醫(yī)用鈦金屬(1)作為陽極和陰極材料，在1摩爾/升的硫酸(H2SO4)溶液中，在155V直流電壓、環(huán)境溫度28℃條件下處理60秒后，再用去離子水、或生理鹽水、或蒸餾水等清潔水清洗后，在鈦金屬(1)材料表面生成了含羥基(3)的氧化鈦(2)，覆蓋有氧化鈦的鈦金屬材料或者直接用作經(jīng)皮植入體；或者在體外含鈣磷的溶液中，如模擬體液、或加速鈣化溶液、或含蛋白質(zhì)的鈣磷溶液中，在37.4℃條件下浸泡240小時，在材料表面產(chǎn)生鈣磷系涂層，鈣磷系涂層與皮膚有良好生物相容性，故表面改性后的鈦金屬材料用作經(jīng)皮植入體能與皮膚形成生物密封。
6.按照權(quán)利要求3所述的方法，其特征是所說涂層表面改性氧化鋁陶瓷的最佳處理?xiàng)l件是以生物醫(yī)用氧化鋁陶瓷(10)為基底材料，表面粗糙度Ra5微米，以鈣磷系粉體(11)為原料，以氮?dú)鉃殁}磷系等離子體發(fā)生氣體，在400A強(qiáng)電流條件下加熱發(fā)生電離產(chǎn)生等離子體，鈣磷系粉體原料在等離子體作用下表面發(fā)生熔融，并被氣體高速地噴射到氧化鋁陶瓷基底材料表面形成鈣磷涂層，將覆蓋有鈣磷涂層的材料或者直接用作經(jīng)皮植入體，經(jīng)皮植入體在植入部位吸附生理環(huán)境中的鈣磷，在材料表面產(chǎn)生新的鈣磷系涂層，從而材料與皮膚形成生物密封；或者在體外含鈣磷的溶液中，在溫度37.4℃條件下浸泡240小時，在材料表面產(chǎn)生新的鈣磷系涂層，鈣磷系涂層與皮膚有良好生物相容性，故該氧化鋁陶瓷材料制作經(jīng)皮植入體能與皮膚形成生物密封。
7.按照權(quán)利要求4所述的方法，其特征是所說化學(xué)表面改性鈦合金的最佳處理?xiàng)l件是將生物醫(yī)用鈦合金(12)用作基底材料，在10摩爾/升氫氧化鈉(NaOH)溶液中，在溫度60℃條件下浸泡24小時，然后在600℃條件下加熱處理24小時，從而在鈦合金表面產(chǎn)生鈦凝膠(13)，覆蓋有鈦凝膠的鈦合金或者直接用作經(jīng)皮植入體，經(jīng)皮植入體在植入部位吸附生理環(huán)境中的鈣磷，在金屬材料表面產(chǎn)生鈣磷系涂層，從而材料與皮膚形成生物密封，或者在體外含鈣磷的溶液中，如模擬體液、加速鈣化溶液、含蛋白質(zhì)的鈣磷溶液中，在37.4℃溫度下浸泡240小時，在材料表面產(chǎn)生鈣磷系涂層，鈣磷系涂層與皮膚有良好生物相容性，故該鈦合金材料用作經(jīng)皮植入體能與皮膚形成生物密封。
8.用作經(jīng)皮器件的生物醫(yī)用材料，其特征是經(jīng)表面改性后的生物醫(yī)用陶瓷、生物醫(yī)用高分子、生物醫(yī)用金屬等生物醫(yī)用材料表面具有生物活性基團(tuán)，這些生物活性基團(tuán)包括含羥基的氧化物、或者可降解產(chǎn)生鈣磷離子的涂層、或者含羥基的凝膠或者高分子膜，它們具有在體內(nèi)或體外誘導(dǎo)在其表面產(chǎn)生鈣磷系涂層的能力，產(chǎn)生的鈣磷系涂層與皮膚有良好的生物相容性，故經(jīng)表面改性后具有生物活性的生物醫(yī)用材料用于制作經(jīng)皮器件能夠與皮膚形成生物密封。
全文摘要
本發(fā)明涉及實(shí)現(xiàn)經(jīng)皮器件生物密封的生物活性材料及其制備方法。是對生物醫(yī)用材料表面改性后，使生物材料表面具有生物活性基團(tuán)，該生物活性基團(tuán)包括含羥基的氧化物、或可降解產(chǎn)生鈣磷離子的涂層、或含羥基的凝膠或高分子膜。生物活性基團(tuán)在體內(nèi)生理環(huán)境或體外模擬生理環(huán)境下吸附鈣磷離子，并在生物材料表面產(chǎn)生鈣磷系涂層，該鈣磷系涂層能與皮膚發(fā)生生物學(xué)反應(yīng)，使得皮膚在生物材料表面形成緊密貼附，故能實(shí)現(xiàn)經(jīng)皮器件生物密封。該方法包括電化學(xué)表面改性、涂層表面改性和化學(xué)表面改性方法。本發(fā)明生物活性材料具有在體內(nèi)或體外誘導(dǎo)在其表面產(chǎn)生鈣磷系涂層的特性，本生物活性材料制作經(jīng)皮器件植入體內(nèi)，不會感染，且穩(wěn)定性好。
文檔編號A61L31/00GK1546187SQ20031010402
公開日2004年11月17日 申請日期2003年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月16日
發(fā)明者楊幫成, 吳堯, 虞奇峰, 包崇云, 陳繼鏞, 張興棟 申請人:四川大學(xué)