專利名稱：一種抗菌型生物活性鈦涂層及制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種抗菌型等離子體噴涂生物活性鈦涂層及制備方法，屬于醫(yī)用生物涂層領域。
背景技術：
在鈦及鈦合金等金屬植入體表面制備等離子體噴涂鈦涂層，是改善其與骨組織結合的常用方法。粗糙的鈦涂層表面可增加植入體與骨組織間的接觸面積，增加骨和多孔表面之間的機械嵌合作用，植入體和骨界面的剪切強度因此明顯提高。噴涂有等離子體噴涂鈦涂層的人工關節(jié)等硬組織植入體已獲臨床應用。然而，鈦涂層屬于生物惰性涂層，不具生物活性，對骨組織的生長并沒有促進誘導作用，其臨床使用效果仍有待改善。
為了提高鈦涂層的生物固定效果，賦予其生物活性，近年來研究開發(fā)了多種對鈦表面進行活化處理的方法，研究較多的是化學方法進行表面處理?；瘜W處理可使鈦涂層具有生物活性。然而，具有生物活性的鈦涂層表面可能為細菌的生長、繁殖提供環(huán)境，增加了感染的可能性。為了更有效地防止感染，抑制細菌、霉菌等病原菌在其表面生長，可在涂層中加載抗菌劑。銀作為一種最常用的無機抗菌劑，具有高效、安全、抗菌譜廣等優(yōu)點，被廣泛應用于抗菌制品中。在對鈦涂層進行生物活化處理的同時，如能加載含銀物質(zhì)，則有望制備兼具生物活性與抗菌性能的鈦涂層于是形成本發(fā)明的構思。

發(fā)明內(nèi)容
基于鈦涂層優(yōu)良的機械性能和銀鹽的廣譜抗菌等優(yōu)點，本發(fā)明的目的在于提供一種抗菌性生物活性鈦涂層及制備方法，具體地說本發(fā)明擬采用化學方法對真空等離子體噴涂鈦涂層進行表面改性，使其既具有生物活性，又具有抗菌性能。
本發(fā)明的具體工藝過程如下先采用真空等離子體噴涂方法，在優(yōu)化的工藝參數(shù)(表1)條件下將鈦粉末沉積于已清洗和噴砂的金屬基體(如鈦合金)上。所制備的鈦涂層浸入3-10M NaOH溶液中，在20-80℃下保溫12-48h，取出后用去離子水超聲清洗2-6次，每次3-10分鐘，然后于20-80℃下干燥12-48h。干燥后的鈦涂層，浸入含有Ag+的磷酸鈣過飽和溶液，20-37℃下保溫12-60h，然后在100-150℃下干燥2-6h即可。
表1噴涂參數(shù)范圍

Slpm標準升/分鐘含有Ag+的磷酸鈣過飽和溶液配制過程如下依次稱取NaNO3，Ca(NO3)2·4H2O，K2HPO4·3H2O組成溶液，用三羥基氨基甲烷和HNO3在20-37℃下調(diào)節(jié)溶液的PH值至7.40-7.50。然后將銀鹽(例如AgNO3)加入過飽和的磷酸鈣溶液中，使Ag+濃度為0.01-0.1mM。
由此可見，本發(fā)明提供的抗菌型生物活性鈦涂層含Ag+離子濃度為0.01-0.1mM。
所述的鈦涂層是以鈦合金為基體，采用真空等離子噴涂方法將鈦粉沉積于基體上。
本發(fā)明提供的Ag+離子改性的鈦涂層具有較好的抗菌性能。經(jīng)薄膜密貼法抗菌試驗發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明提供的上述改性鈦涂層的抗菌率隨銀含量的增加而增加(見圖1)。同時，本發(fā)明提供的Ag+離子改性的鈦涂層于模擬體液(配制方法見S.Cho，K.Nakanishi，T.Kokubo，et al.J Am Ceram Soc.1995，781769-1774)中浸泡2天后，表面即可生成類骨磷灰石層(見圖2)，表明涂層具有良好的生物活性。體外細胞毒性試驗表明，經(jīng)Ag+濃度不大于0.1mM的過飽和磷酸鈣溶液改性后的鈦涂層(CA0.1)沒有明顯細胞毒性。MTT比色法檢測的Ag+濃度不大于0.1mM的過飽和磷酸鈣溶液改性后的CA0.1涂層毒性級別為0，細胞形貌見圖3。


圖1經(jīng)24h培養(yǎng)，改性鈦涂層對大腸桿菌、綠膿假單胞菌和金黃色葡萄球菌的抗菌率。
圖2改性鈦涂層浸入模擬體液2天后的SEM圖。
圖3MTT比色法檢測CA0.1體外細胞毒性試驗中的細胞形態(tài)。陽性對照有很強的毒性，而陰性對照沒有毒性。
圖4CA、CA0.02、CA0.06和CA0.1試件表面24h培養(yǎng)細菌后的菌落照片。
(a)大腸桿菌；(b)綠膿假單胞菌；(c)金黃色葡萄球菌具體實施方式
下面通過實施例進一步闡明本發(fā)明的實質(zhì)性特點和顯著的進步，但絕非限制本發(fā)明。
實施例1利用真空等離子體噴涂方法制備鈦涂層，將其浸入5M NaOH溶液中，在60℃下保溫24h，取出后用去離子水超聲清洗3次，每次5分鐘，然后40℃下干燥24h。配制含Ag+離子0.02mM的過飽和磷酸鈣溶液依次稱取12.0700g NaNO3，0.8856g Ca(NO3)2·4H2O，0.3423g K2HPO4·3H2O，0.0034gAgNO3，放入1000ml去離子水中，25℃下用HNO3和6.0600g三羥基氨基甲烷調(diào)溶液的PH值至7.42。堿處理的鈦涂層浸入過飽和磷酸鈣溶液中，25℃下保溫48h，然后在120℃下干燥2h。樣品編號為CA0.02。
經(jīng)過Ag+改性后的鈦涂層CA0.02對大腸桿菌、綠膿假單胞菌和金黃色葡萄球菌的抗菌率分別為98％、94％和63％。試件表面24h培養(yǎng)細菌后菌落照片見圖4。根據(jù)國家標準GB15979-1995《產(chǎn)品抑菌和殺菌性能與穩(wěn)定性測試方法》中規(guī)定，抑菌率≥50％可以報告產(chǎn)品有抑菌作用，因而可認定CA0.02鈦涂層對大腸桿菌、綠膿假單胞菌等革蘭氏陰性菌和金黃色葡萄球菌等陽性菌具有良好的抗菌效果。MTT比色法檢測CA0.02的體外細胞毒性級別為0，表明無明顯細胞毒性。
實施例2采用與上面相同的方法制備含配制含Ag+離子0.06mM的過飽和磷酸鈣溶液。而后采用與實施例1相同的步驟制備成含Ag+改性鈦涂層CA0.06。CA0.06涂層對大腸桿菌、綠膿假單胞菌和金黃色葡萄球菌的抗菌率分別為99％、99％和95％。試件表面24h培養(yǎng)細菌后菌落照片見圖4。結果顯示CA0.06涂層對大腸桿菌、綠膿假單胞菌等革蘭氏陰性菌和金黃色葡萄球菌等陽性菌有良好的抗菌效果。MTT比色法檢測CA0.06的體外細胞毒性級別為0，表明無明顯細胞毒性。
權利要求
1.一種抗菌型生物活性涂層，其特征在于所述的抗菌型生物活性鈦涂層含Ag+離子濃度為0.01-0.1mM。
2.按權利要求1所述的抗菌型生物活性涂層，其特征在于所述的鈦涂層是以鈦合金為基體，采用真空等離子噴涂方法將鈦粉沉積于基體上。
3.制備如權利要求1或2所述的抗菌型生物活性涂層的方法，其特征在于采用化學方法對真空等離子體噴涂鈦涂層進行表面改性，具體工藝步驟是①先采用真空等離子噴涂方法，將鈦粉末沉積于鈦合金基體上，制備出鈦涂層；②將步驟①制備的鈦涂層浸入NaOH溶液中，在20-80℃條件下保溫；③保溫取出后用去離子水超聲清洗2-6次，然后于20-80℃干燥12-48h；④干燥后的鈦涂層浸入含有Ag+離子濃度為0.01-0.1mM的磷酸鈣過飽和溶液，20-37℃保溫，最后在100-150℃干燥2-6h。
4.按權利要求3所述的抗菌型生物活性涂層的制備方法，其特征在于步驟①中所述的真空等離子噴涂，將鈦粉沉積于鈦合金基體上的工藝參數(shù)是等離子氣體Ar和H2的流量分別為35-45標準升/分鐘和7-16標準升/分鐘，粉末載氣Ar流量為1.0-3.0標準升/分鐘，噴涂距離為200-300mm，送粉速率為10-30g/min，真空度為100-300毫巴。
5.按權利要求3所述的抗菌型生物活性涂層的制備方法，其特征在于鈦涂層浸入3.0-10MNaOH溶液中。
6.按權利要求3所述的抗菌型生物活性涂層的制備方法，其特征在于步驟②所述的保溫時間為12-48h。
7.按權利要求3所述的抗菌型生物活性涂層的制備方法，其特征在于步驟③所述的去離子水超聲清洗每次3-10分鐘。
8.按權利要求3所述的抗菌型生物活性涂層的制備方法，其特征在于步驟④所述的過飽和磷酸鈣溶液由NaNO3、Ca(NO3)2·4H2O、K2HPO4·3H2O組成，且PH值為7.40-7.50；所述的Ag+為AgNO3。
9.按權利要求8所述的抗菌型生物活性涂層的制備方法，其特征在于過飽和磷酸鈣溶液的PH值是用三羥基氨基甲烷和HNO3在20-37℃下調(diào)節(jié)的。
10.按權利要求3所述的抗菌型生物活性涂層的制備方法，其特征在于步驟④所述的20-37℃條件下保溫時間為12-60h。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種抗菌型生物活性涂層及制備方法，其特征在于采用NaOH溶液與含Ag
文檔編號C23C4/08GK101073675SQ20071004140
公開日2007年11月21日 申請日期2007年5月29日 優(yōu)先權日2007年5月29日
發(fā)明者陳益凱, 鄭學斌, 謝有桃, 季珩, 丁傳賢 申請人:中國科學院上海硅酸鹽研究所