專利名稱：碘抗菌鈦合金骨科內固定釘板的設計和制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種碘抗菌鈦合金骨科內固定物的設計、制備及應用， 屬于醫(yī)學生物材料制備技術領域。
背景技術：
作為人工關節(jié)、牙齒種植體、骨折內固定及脊柱矯形和融合材料等， 鈦和鈦合金已廣泛用于臨床、植入人體，造福廣大患者，但同時由植入物引起的相關性感染成為其使用的最嚴重、甚至災難性并發(fā)癥，尤其在開放骨折、關節(jié)返修時更易發(fā)生感染。全身應用抗生素是治療感染的有效方法，但內植物相關感染時由于表面細菌生物膜的形成以及局部血液循環(huán)的破壞，全身應用抗生素很難達到局部所需血藥濃度、根治感染，且長期大量全身應用抗生素會對肝腎腦等重要臟器產生嚴重的毒副作用及二重感染等。目前認為， 對生物材料進行表面處理使之具有防治感染的作用是避免此類并發(fā)癥的理想方法。近來已有此類研究報道，如對生物材料表面進行高分子聚合物的共價結合、離子(如F+)注入、負載攜抗生素的殼聚糖納米顆粒涂層、含銀離子涂層等處理，但尚存在許多不足，如缺乏化學穩(wěn)定性、引起局部炎癥反應、不可控釋及局部應用抗生素可產生機體的抗藥性等。雖然銀離子由于其高效抗菌引起研究者的廣泛興趣，但新近有研究顯示銀對機體具有細胞毒性，從而限制了其在臨床的使用。故此，探索和制備安全有效、切實可行、新型抗菌生物材料為臨床迫切所需，具有重要的應用價值。碘的抗菌、殺菌作用早已被共識，它通過氧化細菌細胞漿的活性基團，與蛋白質的氨基結合使之變性而發(fā)揮滅菌作用。碘伏是碘與聚乙烯吡咯酮的有機復合物，通過慢慢釋放游離碘而發(fā)揮溫和而持久的消毒作用，既可以用于皮膚也可以用于黏膜和創(chuàng)口，甚至可用于體腔(胸腔、腹腔、關節(jié)腔)消毒滅菌，具有廣泛的抗菌譜，不僅細菌，而且真菌、結核菌、和病毒.而且，碘是機體所必需的元素、甲狀腺素的重要成分，每天須有一定量的攝入。 如果結合在植入物使用，不失為高效、安全的防治植入物及其手術相關感染的手段。陽極氧化技術是在電化學方法基礎上發(fā)展起來的一種新的表面處理方法，鈦和鈦合金，陽極氧化技術是在電解質溶液中，以鈦及鈦合金為陽極，不銹鋼、鐵、鉻、鎳或金屬電解槽器壁為陰極，在一定電壓、電流等條件下，使陽極表面發(fā)生氧化，生成陽極氧化膜氧化膜，鈦和鈦合金植入物良好的生物相容性歸因于其表面易形成穩(wěn)定的氧化物，通過陽極氧化在其表面很容易形成高粘附性、疏松多孔的陽極氧化物膜，而膜的成分取決于電解質的成分，已有報道在含有鈣、磷的電解液中通過陽極氧化其表面可形成羥基磷灰石。本專利描述以碘伏作為電解質在鈦合金基體表面形成具有殺菌性陽極氧化膜的方法和新用途。

發(fā)明內容
以碘溶液作為電解液陽極氧化鈦合金表面的處理方法和應用。具體工藝過程如下基體(鈦合金)表面預處理后，以0. 5mol/L的H2S04溶液作為電解液，電解電壓為30V，電解時間5min制備基體的陽極氧化膜；再以聚乙烯吡咯酮-碘水溶液(實際I2含量0. 5-2. 0% (W/V))為電解液，電壓70-150V,電解時間5-30min,再次陽極化形成含碘陽極氧化膜，蒸餾水沖洗，壓縮空氣吹干，滅菌備用。所制備的聚維酮碘涂層在鈦合金基體表面呈灰黃色(如圖1所示，抗菌聚維酮碘涂層接骨板和螺釘)。涂層厚度為5-7um。涂層具有良好的抗菌性能，體外抗菌實驗顯示，涂層的抗菌率隨碘含量的增加而增加，對金黃色葡萄球菌、大腸桿菌及銅綠假單胞菌有明顯抗菌作用(圖2)。0.5-2.0% (W/V)碘含量涂層無細胞毒性，MTT法細胞毒性檢測顯示，2% (W/V)碘含量涂層毒性為0級。急性溶血實驗顯示，2% (W/V)碘含量涂層溶血率為0. 1%0 可用于骨科鈦合金金屬固定、植入材料表面處理提高其抗菌性能。


圖1碘抗菌涂層鈦合金接骨板和螺釘圖2碘抗菌涂層對大腸桿菌、綠膿假單胞菌和金黃色葡萄球菌的抑制率
具體實施例方式1.基體(鈦合金)的表面預處理基體打磨拋光/化學浸蝕、脫脂，丙酮、無水乙醇和超聲波清洗，在干燥箱干燥。2基體的陽極氧化膜制備電解液為0. 5mol/L的H2S04溶液，電解電壓為30V，時間 5min。3基體再次陽極化形成含碘陽極氧化膜電解液為聚乙烯吡咯酮-碘水溶液(實際 I2 含量 0. 5-2. 0% (ff/V))，電壓 70-150V,時間 5_30min。4.蒸餾水沖洗，壓縮空氣吹干，滅菌備用。
權利要求
1.一種以鈦合金(Ti-6A1-4V)為基體的碘抗菌涂層，其特征在于所述涂層由聚維酮碘組成，碘作為抗菌添加成分。
2.按權利要求1所述碘抗菌涂層，其特征在于厚度為5-7um。
3.按權利要求1所述碘抗菌涂層，其特征在于碘載量大于lOug/cm2。.4.制備如權利要求1-3所述碘抗菌涂層的方法，其特征在于制備步驟是(1)鈦合金金屬基體的表面預處理清洗和噴砂預處理。(2)基體的陽極氧化膜制備電解液為0.5mol/L的H2S04溶液，電解電壓為30V，時間 5min。(3)基體再次陽極化形成含碘陽極氧化膜電解液為聚乙烯吡咯酮-碘水溶液(實際I2 含量 0. 5-2. 0% (ff/V))，電壓為 70-150V,時間為 5_30min。(4)蒸餾水沖洗，壓縮空氣吹干，滅菌備用
4.按照權利要求3所述的碘抗菌涂層制備方法，其特征在于基體進行兩次陽極氧化。
5.按照權利要求3所述的碘抗菌涂層制備方法，其特征在于基體第二次陽極氧化的電解液為聚乙烯吡咯酮-碘水溶液。
6.按照權利要求3所述的碘抗菌涂層制備方法，其特征在于基體第二次陽極氧化的電壓為 70-150V,時間為 5-30min。
7.按照權利要求1-6所述碘抗菌涂層的應用，其特征在于涂層具有良好的抗菌性能， 對大腸桿菌、綠膿假單胞菌和金黃色葡萄球菌的抗菌率大于95%。
8.按照權利要求1-7所述碘抗菌涂層的應用，具有良好的生物相容性，無細胞毒性。
9.按照權利要求1-8所述碘抗菌涂層的應用不限于骨科內固定物和內植物，所有鈦合金表面此種處理均在此權力要求范圍。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種鈦和鈦合金骨折內固定釘板表面碘修飾抗菌作用及制備方法。鈦和鈦合金經過預處理，在含碘伏電解液中進行陽極氧化處理，表面形成一層含碘的、高粘附、多孔的陽極氧化膜，從而獲得抗菌性能，而且該陽極氧化膜具有良好的生物相容性和生物力學性能，可緩慢釋放碘離子，有效抑制材料周圍和表面的細菌繁殖，防治假體、內固定物等相關性感染，使開放性骨折和其他原因所導致的骨缺損在清創(chuàng)或病灶清除后亦可進行l(wèi)期植骨和固定。避免了全身應用抗菌素的毒副作用及局部應用抗菌素機體產生耐藥性等不良事件的發(fā)生(圖1、2)。圖1碘抗菌涂層鈦合金接骨板和螺釘實例圖2碘抗菌涂層對大腸桿菌、綠膿假單胞菌和金黃色葡萄球菌的抑制率。
文檔編號C25D11/26GK102416202SQ20111013499
公開日2012年4月18日 申請日期2011年5月24日 優(yōu)先權日2011年5月24日
發(fā)明者周君琳 申請人:周君琳