專利名稱：在鈦合金表面制備生物活性復(fù)合薄膜的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在鈦合金表面制備生物活性復(fù)合薄膜的方法，具體是采用物理氣相沉積技術(shù)和多步組裝的化學(xué)方法在鈦合金表面獲得梯度多層類金剛石、酪蛋白磷酸肽生物活性復(fù)合薄膜。
背景技術(shù)：
鈦及鈦合金以良好的生物相容性、低密度、低彈性模量(80_100GPa)等特點(diǎn)越來越受到醫(yī)學(xué)研究人員的關(guān)注。因此鈦及鈦合金人工關(guān)節(jié)(例如髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)、肘關(guān)節(jié)、踝關(guān)節(jié)等)及修復(fù)體已被廣泛用于人體骨組織修復(fù)及矯形手術(shù)中。目前廣泛使用的T1-6A1-4V具有強(qiáng)度高、延展性好等特點(diǎn)。但其耐磨性和生物活性較差，即使與作為關(guān)節(jié)凹軟材料的超高分子聚乙烯對(duì)磨，也會(huì)產(chǎn)生磨屑，磨屑會(huì)誘發(fā)骨吸收，從而導(dǎo)致人工關(guān)節(jié)無菌性松動(dòng)而造成置換敗。其次生物材料植入體內(nèi)后，最先發(fā)生的是有機(jī)分子(主要是蛋白質(zhì)分子)在材料表面的吸附，生成吸附層，之后再在有機(jī)分子吸附層上才能誘發(fā)進(jìn)一步的生理反應(yīng)。因此，鈦合金的表面處理是非常重要。目前鈦合金表面處理的研究主要包括物理處理(噴砂、離子注入等)、化學(xué)處理(酸蝕、微弧氧化、電化學(xué)沉積、堿熱處理等)，但對(duì)于生物處理，即表面生物蛋白黏附的研究較少。鈦合金表面只有吸附某些有機(jī)分子才會(huì)激活周圍組織中一些細(xì)胞而發(fā)生作用，并促進(jìn)細(xì)胞的增殖及合成因子的活化。因此，如何提高鈦合金耐磨性能和生物活性，從而使其作為生物植入材料更更廣泛的應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，具有重要的臨床意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種具有耐磨性能和良好生物活性的鈦合金表面薄膜的方法，以此來提高鈦合金的摩擦學(xué)性能和生物活性，彌補(bǔ)其在臨床應(yīng)用中的不足。一種在鈦合金表面制備生物活性復(fù)合薄膜的方法，其特征在于將經(jīng)過常規(guī)前處理后的鈦合金置于多弧離子鍍-磁控濺射復(fù)合氣相沉積真空系統(tǒng)中，沉積以Ti為過渡層的DLC薄膜，具體步驟為:A、鈦合金即T1-6A1_4V鍍件表面濺射清洗，將鈦合金基片置于多弧離子鍍_磁控濺射復(fù)合氣相沉積真空系統(tǒng)中，氬氣氣體流量500SCCm，偏壓為1.3KV，靶電流為12A，處理時(shí)間為15min ；B、多弧離子鍍Ti過渡層，金屬Ti靶為陰極，工作氣體為氬氣，流量為70SCCm，偏壓800V，處理時(shí)間5 IOmin ；C、多弧離子鍍沉積DLC，工作氣體為甲烷，流量為200sccm偏壓為800V，占空比為80%，處理時(shí)間為40min ； D、DLC表面聚多巴胺薄膜的修飾，將多巴胺加入TriS-HCl緩沖溶液中，充分?jǐn)嚢枋苟喟桶吠耆芙?，然后將表面沉積了 DLC薄膜的T1-6A1-4V基片放入該溶液中，室溫下攪拌后，將樣片取出，放入去離子水中超聲處理，然后用去離子水沖洗，最后氮?dú)獯蹈?；E、在修飾了聚多巴胺薄膜的DLC表面進(jìn)一步修飾酪蛋白磷酸肽(CPP)，將經(jīng)D步驟處理的樣品浸入酪蛋白磷酸肽溶液中，室溫下靜置后用PBS沖洗，真空干燥，最后在T1-6A1-4V基片表面獲得DLC/CPP復(fù)合生物活性薄膜。在E步驟中，酪蛋白磷酸肽溶液的濃度為9-llg/L。制備的復(fù)合薄膜，依次由鈦合金基體、DCL薄膜、酪蛋白磷酸肽活性蛋白表層構(gòu)成。薄膜既保持了鈦合金作為基體材料的一系列優(yōu)秀品質(zhì)，又提高了其生物活性及摩擦學(xué)性倉(cāng)泛。本發(fā)明在表面制備了 DLC/CPP生物活性復(fù)合薄膜的鈦合金的摩擦系數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于普通鈦合金，干摩擦系數(shù)低于0.08，(摩擦磨損試驗(yàn)采用球-盤摩擦試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行評(píng)價(jià),采用往復(fù)滑動(dòng)的方式，載荷為5N，摩擦對(duì)偶為Φ5πιπι的Si3N4球)。采用本發(fā)明制得的DLC/CPP生物活性復(fù)合薄膜，具有優(yōu)異的摩擦學(xué)性能和生物活性。其特點(diǎn)在于將具有高硬度及高耐磨性和低摩擦系數(shù)等一系列優(yōu)異的性能的DLC薄膜和能效促進(jìn)人體對(duì)鈣的吸收和利用的CPP相結(jié)合，制備出了 DLC/CPP生物活性復(fù)合薄膜。經(jīng)這種復(fù)合薄膜改性的鈦合金兼有了優(yōu)異的摩擦學(xué)性能和生物活性，克服了傳統(tǒng)鈦合金在臨床應(yīng)用中存在的耐磨性及生物活性差等缺點(diǎn)。從而滿足其作為生物植入材料在臨床應(yīng)用中的要求。本發(fā)明的鈦合金表面加工方法屬于真空等離子和化學(xué)自組裝范疇，綠色環(huán)保，不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。表面接枝活性蛋白方法簡(jiǎn)單易行，不需要專用設(shè)備操作簡(jiǎn)便、工藝穩(wěn)定，可實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)。因此該技術(shù)在生物醫(yī)用材料領(lǐng)域具有很好的應(yīng)用價(jià)值。


圖1為不同處理鈦合金表面成骨細(xì)胞增殖率的比較。我們與未進(jìn)行表面改性的鈦合金進(jìn)行了相關(guān)生物學(xué)性能對(duì)比，結(jié)果如圖1所示，鈦合金表面DLC/CPP生物活性復(fù)合薄膜有優(yōu)異的生物活性。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1取I X Icm2大小Ti_6Al_4V片，Ti_6Al_4V片表面DLC/CPP生物活性復(fù)合薄膜結(jié)構(gòu)為T1-6A1-4V基體/DLC層/CPP層，處理工藝按照以下步驟進(jìn)行:(I)將Ti_6Al_4V基片進(jìn)行常規(guī)除油清洗，然后在丙酮和乙醇溶液中依次進(jìn)行超聲清洗；(2)T1-6Al-4V基片置于多弧離子鍍-磁控濺射復(fù)合氣相沉積真空系統(tǒng)中，進(jìn)行氬等離子體濺射清洗，氬氣氣體流量為500sccm，偏壓為1.3KV，靶電流為12A，處理時(shí)間為15min ； (2)多弧離子鍍Ti過渡層，金屬Ti靶為陰極，工作氣體為氬氣，流量為70sccm，偏壓800V，處理時(shí)間5 IOmin ； (3)多弧離子鍍沉積DLC，工作氣體為甲烷，流量為200SCCm偏壓為800V，占空比為80%，處理時(shí)間為40min ； (4) DLC表面聚多巴胺薄膜的修飾，稱量80mg多巴胺加入制備好的Tris-HCl緩沖溶液40mL，充分?jǐn)嚢枋苟喟桶吠耆芙?，然后將表面沉積了 DLC薄膜的Ti_6Al_4V基片放入該溶液中，室溫下攪拌2h后，將樣片取出，放入去離子水中超聲lmin，然后用大量去離子水沖洗，最后氮?dú)獯蹈桑?5)在修飾了聚多巴胺薄膜的DLC表面進(jìn)一步修飾酪蛋白磷酸肽(CPP)，將經(jīng)上一步驟處理的樣品浸入配制成的10g/L的酪蛋白磷酸肽溶液中，室溫下靜置過夜后用PBS沖洗， 真空干燥。最后在T1-6A1-4V基片表面獲得DLC/CPP復(fù)合生物活性薄膜。
權(quán)利要求
1.一種在鈦合金表面制備生物活性復(fù)合薄膜的方法，其特征在于將經(jīng)過常規(guī)前處理后的鈦合金置于多弧離子鍍-磁控濺射復(fù)合氣相沉積真空系統(tǒng)中，沉積以Ti為過渡層的DLC薄膜，具體步驟為: A、鈦合金即T1-6A1-4V鍍件表面濺射清洗，將鈦合金基片置于多弧離子鍍-磁控濺射復(fù)合氣相沉積真空系統(tǒng)中，氬氣氣體流量500SCCm，偏壓為1.3KV，靶電流為12A，處理時(shí)間為 15min ； B、多弧離子鍍Ti過渡層，金屬Ti靶為陰極，工作氣體為氬氣，流量為70SCCm，偏壓800V，處理時(shí)間5 IOmin ； C、多弧離子鍍沉積DLC，工作氣體為甲烷，流量為200sccm偏壓為800V，占空比為80%，處理時(shí)間為40min ； D、DLC表面聚多巴胺薄膜的修飾，將多巴胺加入Tris-HCl緩沖溶液中，充分?jǐn)嚢枋苟喟桶吠耆芙?，然后將表面沉積了 DLC薄膜的T1-6A1-4V基片放入該溶液中，室溫下攪拌后，將樣片取出，放入去離子水中超聲處理，然后用去離子水沖洗，最后氮?dú)獯蹈桑? E、在修飾了聚多巴胺薄膜的DLC表面進(jìn)一步修飾酪蛋白磷酸肽，將經(jīng)D步驟處理的樣品浸入酪蛋白磷酸肽溶液中，室溫下靜置后用PBS沖洗，真空干燥，最后在T1-6A1-4V基片表面獲得DLC/CPP復(fù)合生物活性薄膜。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于E步驟中酪蛋白磷酸肽溶液的濃度為9-1Ig/L0
全文摘要
本發(fā)明公開了一種在鈦合金表面制備生物活性復(fù)合薄膜的方法，具體是將經(jīng)過常規(guī)前處理后的鈦合金置于多弧離子鍍-磁控濺射復(fù)合氣相沉積真空系統(tǒng)中，沉積以Ti為過渡層的DLC薄膜。復(fù)合薄膜依次由鈦合金基體、DCL薄膜、酪蛋白磷酸肽活性蛋白表層構(gòu)成。薄膜既保持了鈦合金作為基體材料的一系列優(yōu)秀品質(zhì)，又提高了其生物活性及摩擦學(xué)性能。
文檔編號(hào)C23C14/16GK103160790SQ20111042811
公開日2013年6月19日 申請(qǐng)日期2011年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月16日
發(fā)明者張俊彥, 卜銀忠, 王琳, 張斌 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所