專利名稱：電化學(xué)法制備類骨生物活性涂層醫(yī)用材料的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種采用電化學(xué)法制備類骨生物活性涂層醫(yī)用材料的方法。
技術(shù)背景醫(yī)用金屬移植體由于具有良好的生物相容性和力學(xué)性能而被廣泛的應(yīng)用于 骨科和牙科替代材料，恢復(fù)患者生理機(jī)能。然而，醫(yī)用金屬是生物惰性材料， 無法促進(jìn)組織生長并與組織形成牢固的結(jié)合。因此利用各種方法對醫(yī)用金屬表面改性的生物材料獲得關(guān)注。如中國專利CN1316274采用電解沉積的方法在金 屬表面制備羥基磷灰石涂層，中國專利CN1587442采用電解沉積法制備納米有 序羥基磷灰石生物涂層等。但是，單純的羥基磷灰石涂層生物活性有限，并不 能刺激成骨細(xì)胞的增殖和分化，進(jìn)而促進(jìn)成骨作用。這使得植入體在體內(nèi)與骨 組織結(jié)合緩慢，治愈期長，效果不佳。模仿自然骨成分和形成過程，利用電化 學(xué)反應(yīng)為膠原分子自組裝和礦化提供反應(yīng)動(dòng)力和微環(huán)境，獲得成分和結(jié)構(gòu)與骨 組織相似的生物活性涂層，是增強(qiáng)醫(yī)用移植體材料生物活性，加快早期治愈速 度的理想方法。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種采電化學(xué)法制備類骨生物活性涂層醫(yī)用材料的 方法，以提高醫(yī)用金屬表面生物活性，優(yōu)化其臨床應(yīng)用效能，縮短治愈時(shí)間。電化學(xué)法制備類骨生物活性涂層醫(yī)用材料的方法，包括以下步驟1) 將含鈣和磷的化合物溶于水中，配制成Ca濃度為2.0mM 42mM， P濃 度為1 mM 25 mM的A溶液；2) 將溶解有膠原的酸性溶液與A溶液混合，攪拌形成B溶液，B溶液中膠 原濃度為0.1 g/L~3.0g/L，調(diào)節(jié)B溶液的pH值為3.5 5.0，作為電解質(zhì)溶液；3) 在電化學(xué)沉積裝置中，將醫(yī)用金屬移植體用作陰極，鉑為陽極，飽和甘 汞電極或氯化銀電極為參比電極浸入上述電解質(zhì)溶液，電解質(zhì)溶液溫度為18°C 50°C，陰極與陽極間工作距離為lcm 20cm;4) 采用恒電流或恒電壓模式在醫(yī)用基體表面電沉積，恒電流模式的電流大 小為0.5mA 100mA，恒電壓模式的電壓為1 V~30 V，沉積時(shí)間為0.05 h~24 h， 反應(yīng)結(jié)束后取出醫(yī)用金屬移植體清洗，干燥后獲得類骨生物活性涂層醫(yī)用材料。本發(fā)明中，所說的含鈣化合物可以為硝酸鈣或氯化鈣。所說的含磷化合物 可以是磷酸二氫銨、磷酸二氫鈉或磷酸二氫鉀。所說的酸性溶液為鹽酸或醋酸
溶液。所說的醫(yī)用金屬移植體可以是鈦、鈦合金、鈷鉻鉬合金、鈷鉻合金、醫(yī) 用不銹鋼或具有生物活性涂層的醫(yī)用金屬移植體，如羥基磷灰石涂層、含氟羥 基磷灰石涂層或二氧化鈦涂層。普通的水溶液共沉積方法通過添加堿性溶液調(diào)節(jié)整個(gè)溶液體系的pH值實(shí)現(xiàn)鈣磷酸鹽的沉積和膠原的凝膠化。本發(fā)明采用電化學(xué)沉積的方法為鈣磷酸鹽的 沉積和膠原分子的自組裝提供了動(dòng)力學(xué)支持。本發(fā)明中，醫(yī)用金屬移植體表面的電極反應(yīng)只在其周圍局部實(shí)現(xiàn)電解質(zhì)溶液pH值的升高，而不影響整體溶液的 酸性。因此這種方法模仿了自然骨形成過程，在醫(yī)用金屬移植體周圍區(qū)域引起 鈣磷酸鹽的沉寂和膠原的凝膠化，進(jìn)而礦化。最終在醫(yī)用金屬移植體表面形成 類骨生物活性涂層。該涂層在成分和結(jié)構(gòu)上都與自然骨類似，具有良好的生物活性。本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)(1) 本發(fā)明采用電解沉積的方法在醫(yī)用移植體周圍的電解質(zhì)溶液形成pH 梯度，為沉積鈣磷酸鹽在醫(yī)用移植體表面的沉積和膠原纖維的吸附和礦化提供 了良好的環(huán)境。(2) 本發(fā)明制備過程從分子水平上模仿自然骨形成過程，在低溫水溶液中 通過鈣磷酸鹽的沉積和膠原分子自組裝成膠原纖維合成化學(xué)成分和微觀結(jié)構(gòu)與 自然骨類似的生物活性涂層。(3) 本發(fā)明制備工藝條件簡單易行，高效，易于產(chǎn)業(yè)化。


附圖是本發(fā)明采用電化學(xué)法制備的類骨生物活性涂層醫(yī)用材料的SEM照片。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合實(shí)施例進(jìn)一步說明本發(fā)明。 實(shí)施例1將Ca(N03)2 6H20和NH4H2P04溶于蒸餾水中，配制成鈣濃度為4.5 mM, 磷濃度為9 mM的A溶液。將膠原溶于鹽酸溶液中，與A溶液混合，攪拌形成B溶液，使得B溶液中 膠原濃度為0.2g/L。并用氨水將溶液的pH值調(diào)節(jié)到5.0，作為電解質(zhì)溶液。將 醫(yī)用鈦合金移植體用作陰極，鉑為陽極，飽和甘汞電極為參比電極浸入電解質(zhì) 溶液，電解質(zhì)溶液溫度為37"C，陰陽兩電極工作距離為2cm，采用恒電流的模 式保持電流為15mA，沉積lh后取出醫(yī)用鈦合金移植體清洗，干燥后獲得類骨
生物活性涂層醫(yī)用材料。 實(shí)施例2將Ca(N03)2'6H20和KH2P04溶于蒸餾水中，配制成鈣濃度為42mM，磷 濃度為25mM的A溶液。將膠原溶于醋酸溶液中，與A溶液混合，攪拌形成B溶液，使得B溶液中 膠原濃度為0.5g/L。用Tris緩沖溶液將溶液的pH值調(diào)節(jié)到3.5，作為電解質(zhì)溶 液。將醫(yī)用鈷鉻鉬合金移植體用作陰極，鉑為陽極，氯化銀電極為參比電極浸 入電解質(zhì)溶液，電解質(zhì)溶液溫度為18°C，陰陽兩電極工作距離為20 cm，采用 恒電壓的模式保持電壓為30 V，沉積0.5 h后取出醫(yī)用鈷鉻鉬合金移植體清洗， 干燥后獲得類骨生物活性涂層醫(yī)用材料。 實(shí)施例3將CaCl2和NaH2P04溶于蒸餾水中，配制成鈣濃度為2 mM，磷濃度為1 mM 的A溶液。將膠原溶于鹽酸溶液中，與A溶液混合，攪拌形成B溶液，使得B溶液中 膠原濃度為3g/L。用氨水將溶液的pH值調(diào)節(jié)到5.0，作為電解質(zhì)溶液。將醫(yī)用 鈦合金移植體用作陰極，鉑為陽極，飽和甘汞電極為參比電極浸入電解質(zhì)溶液， 電解質(zhì)溶液溫度為5(TC,陰陽兩電極工作距離為2cm，采用恒電流的模式保持 電流為10mA，沉積24h后取出醫(yī)用鈦合金移植體清洗，干燥后獲得類骨生物 活性涂層醫(yī)用材料。將Ca(N03)2 6H20和NH4H2P04溶于蒸餾水中，配制成鈣濃度為21 mM， 磷濃度為15mM的A溶液。將膠原溶于鹽酸溶液中，與A溶液混合，攪拌形成B溶液，使得B溶液中 膠原濃度為lg/L。用氨水將溶液的pH值調(diào)節(jié)到4.5，作為電解質(zhì)溶液。將醫(yī)用 不銹鋼移植體用作陰極，鉑為陽極，飽和甘汞電極為參比電極浸入電解質(zhì)溶液， 電解質(zhì)溶液溫度為33'C，陰陽兩電極工作距離為3cm，采用恒電流的模式保持 電流為10mA，沉積0.5h后取出醫(yī)用不銹鋼移植體清洗，干燥后獲得類骨生物 活性涂層醫(yī)用材料。 實(shí)施例5將Ca(N03)2 6H20和>^4112 04溶于蒸餾水中，配制成鈣濃度為5 mM， 磷濃度為10mM的A溶液。將膠原溶于鹽酸溶液中，與A溶液混合，攪拌形成B溶液，使得B溶液中
膠原濃度為0.5g/L。用氨水將溶液的pH值調(diào)節(jié)到5.0，作為電解質(zhì)溶液。將具 有羥基磷灰石涂層的醫(yī)用金屬移植體用作陰極，鉑為陽極，飽和甘汞電極為參 比電極浸入電解質(zhì)溶液，電解質(zhì)溶液溫度為25°C，陰陽兩電極工作距離為3cm， 采用恒電壓的模式保持電壓為3V，沉積2h后取出醫(yī)用移植體清洗，干燥后獲 得類骨生物活性涂層醫(yī)用材料。 實(shí)施例6將Ca(N03)2 6H20和NH4H2P04溶于蒸餾水中，配制成鈣濃度為4.5 mM， 磷濃度為9mM的A溶液。將膠原溶于鹽酸溶液中，與A溶液混合，攪拌形成 B溶液，使得B溶液中膠原濃度為0.5 g/L。用Tris緩沖溶液將溶液的pH值調(diào) 節(jié)到4.8，作為電解質(zhì)溶液。將具有含氟羥基磷灰石涂層的醫(yī)用金屬移植體用作 陰極，鉑為陽極，氯化銀電極為參比電極浸入電解質(zhì)溶液，電解質(zhì)溶液溫度為 37°C，陰陽兩電極工作距離為2 cm，采用恒電壓的模式保持電流為3 V，沉積 1.5 h后取出醫(yī)用移植體清洗，干燥后獲得類骨生物活性涂層醫(yī)用材料。本發(fā)明制得的類骨生物活性涂層醫(yī)用材料見附圖，由圖可見在醫(yī)用金屬移 植體表面附著的類骨生物活性涂層。
權(quán)利要求
1.用電化學(xué)法制備類骨生物活性涂層醫(yī)用材料的方法，其特征是包括以下步驟1)將含鈣和磷的化合物溶于水中，配制成Ca濃度為2.0mM～42mM，P濃度為1mM～25mM的A溶液；2)將溶解有膠原的酸性溶液與A溶液混合，攪拌形成B溶液，B溶液中膠原濃度為0.1g/L～3.0g/L，調(diào)節(jié)B溶液的pH值為3.5～5.0，作為電解質(zhì)溶液；3)在電化學(xué)沉積裝置中，將醫(yī)用金屬移植體用作陰極，鉑為陽極，飽和甘汞電極或氯化銀電極為參比電極浸入上述電解質(zhì)溶液，電解質(zhì)溶液溫度為18℃～50℃，陰極與陽極間工作距離為1cm～20cm；4)采用恒電流或恒電壓模式在醫(yī)用基體表面電沉積，恒電流模式的電流大小為0.5mA～100mA，恒電壓模式的電壓為1V～30V，沉積時(shí)間為0.05h～24h，反應(yīng)結(jié)束后取出醫(yī)用金屬移植體清洗，干燥后獲得類骨生物活性涂層醫(yī)用材料。
2. 按權(quán)利要求1所述的用電化學(xué)法制備類骨生物活性涂層醫(yī)用材料的方 法，其特征是所說的含鈣化合物為硝酸鈣或氯化鈣。
3. 按權(quán)利要求1所述的用電化學(xué)法制備類骨生物活性涂層醫(yī)用材料的方 法，其特征是所說的含磷化合物是磷酸二氫銨、磷酸二氫鈉或磷酸二氫鉀。
4. 按權(quán)利要求1所述的用電化學(xué)法制備類骨生物活性涂層醫(yī)用材料的方 法，其特征是所說的酸性溶液為鹽酸或醋酸溶液。
5. 按權(quán)利要求1所述的用電化學(xué)法制備類骨生物活性涂層醫(yī)用材料的方 法，其特征是所說的醫(yī)用金屬移植體為鈦、鈦合金、鈷鉻鉬合金、鈷鉻合金、 醫(yī)用不銹鋼或具有生物活性涂層的醫(yī)用金屬移植體。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的用電化學(xué)法制備類骨生物活性涂層醫(yī)用材料的方 法，其特征是所說的生物活性涂層為羥基磷灰石涂層、含氟羥基磷灰石涂層或 二氧化鈦涂層。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種采用電化學(xué)方法制備類骨生物活性涂層醫(yī)用材料。本發(fā)明采用電解沉積的方法，模仿自然骨形成的過程。電解質(zhì)溶液中含鈣、磷化合物、骨基質(zhì)膠原蛋白，以醫(yī)用金屬移植體為工作電極，鉑為參考電極，電極反應(yīng)引起醫(yī)用金屬移植體周圍電解質(zhì)溶液局部pH值升高，從而使膠原凝膠化，協(xié)同鈣磷酸鹽礦物的沉積在醫(yī)用金屬表面形成類骨生物活性涂層。采用本發(fā)明方法在金屬移植體表面獲得的生物活性涂層在成分和結(jié)構(gòu)上與自然骨相似，具有良好的生物活性，解決了商業(yè)用等離子噴涂羥基磷灰石涂層生物活性有限，所需治愈時(shí)間長等缺點(diǎn)。本發(fā)明制備工藝簡單、高效、易于產(chǎn)業(yè)化。
文檔編號A61L27/32GK101156963SQ200710156550
公開日2008年4月9日 申請日期2007年11月8日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月8日
發(fā)明者宋晨路, 張溪文, 剛 徐, 杜丕一, 汪建勛, 鴿 沈, 逵 程, 翁文劍, 苗順東, 趙高凌, 韓高榮 申請人:浙江大學(xué)