[发明专利]一种含有纳米Ag粒子的抗菌型生物活性复合涂层及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种复合涂层的构成及制备方法，特别涉及Ti及Ti合金表面一种含有纳米Ag粒子的抗菌型生物活性复合涂层及制备方法，属于生物医用涂层领域。

背景技术

Ti及Ti合金以其优异的物理、化学性能及生物相容性，已成为目前应用最广泛的硬组织修复与替换材料之一。Ti及Ti合金本身不具备生物活性，如直接植入人体，通常会与骨被一薄层非矿物质层分开，形成一种机械互锁的骨整合。同时，生物材料植入人体后，机体组织不同程度地会遇到与生物材料不能完全相容、产生感染等一系列问题。许多研究表明感染的产生源于细菌的滋生。据报道，目前有3～5％的Ti植入体因为细菌感染而引起失效。因此，探索新的表面改性方法获得同时具备抗菌性和生物活性的Ti及Ti合金已成为目前金属生物医用材料领域的研究热点之一。

专利ZL200710041401.1发明了一种抗菌型生物活性Ti涂层及制备方法。该发明首先采用真空等离子喷涂技术将Ti粉末沉积于金属基材上；所制备的Ti涂层浸入NaOH溶液中进行处理，取出后清洗数次并干燥；随后，Ti涂层浸入含有Ag离子的磷酸钙过饱和溶液处理一定时间；最后，Ti涂层进行干燥处理得到所需的抗菌型生物活性Ti涂层。

国内发明专利申请公开说明书“抑菌性生物活性钛及钛合金植入材料及其制备方法和应用”(专利(申请)号200810147818.3)采用阳极氧化制备了一种抑菌性生物活性钛及钛合金。该方法以生物医用级Ti或Ti合金为基底材料，将分析纯含Cl离子的物质加入去离子水配置成电解质溶液，采用阳极氧化在材料阳极和阴极间施加一定的直流电压即制得到表面产生了抑菌性Ti-Cl基团和生物活性Ti-OH基团的Ti及Ti合金，这些Ti-Cl基团在生理环境下水解产生抑菌杀菌作用的-ClO_x离子，避免感染的发生。

实际上上述专利均采用离子进行杀菌(Ag离子和Cl离子)。Ag是一种具有持久性、广谱性、安全性高、不易产生耐药性等特点的抗菌材料。近年来人们逐渐发现纳米Ag粒子具有超强的杀菌能力，只需极少量的纳米银即可产生强力的杀菌作用，这给纳米银开辟了广阔的应用前景。因此，采用合适的方式将纳米Ag粒子有效负载到生物活性Ti表面成为目前解决Ti及Ti合金抗菌性的一种重要途径。

发明内容

本发明的目的在于提供一种含有纳米Ag粒子的抗菌型生物活性复合涂层及制备方法，具体地说是本发明首先采用磁控共溅射在Ti或Ti合金形成纳米结构的Ag/Ti复合涂层，随后对Ag/Ti复合涂层进行化学处理及热处理形成同时具备生物活性和抗菌性的复合涂层。

本发明通过以下技术方案实现，其具体步骤如下：

(1)将待处理的Ti或Ti合金依次经过浓度为1～5mol/L HCl溶液中清洗3～10分钟、丙酮超声清洗3～10分钟、无水乙醇超声清洗3～10分钟，用去离子水冲洗3～10分钟并在40～100℃下干燥2～6小时。随后，将处理好的Ti或Ti合金固定于双磁控溅射源系统的样品台上。Ti或者Ti合金基材表面中心与Ag靶和Ti靶表面中心距离相等，距离为40～120mm。

(2)采用双磁控溅射源系统，采用的靶材纯度至少为99.9wt％以上(Ag靶和Ti靶)，抽真空至1x10^-3Pa以下，随后通入Ar气，气压调节至0.5～4Pa，功率调节为20～100W，对Ag靶和Ti靶进行溅射清洗3～10分钟，溅射清洗时采用挡板装置隔开Ti或Ti合金基材。

(3)随后，调节气压至0.8～6Pa，调节功率至50～350W，移开挡板，进行Ag靶和Ti靶的共溅射，溅射时通过分别调整Ag靶和Ti靶所在的磁控溅射源功率得到功率的不同配比，共溅射时间为0.5～6小时，从而实现制备出不同成分配比、不同厚度的Ag/Ti复合涂层。

(4)取出Ti或Ti合金基材，并对基材进行化学处理，采用的溶液为H₂O₂溶液(纯H₂O₂溶液或者添加了0.05～0.5mmol/L HCl的H₂O₂溶液)或NaOH溶液，溶液浓度为1～10mol/L，在20～80℃下保温0.5～24小时。

(5)取出(4)处理好的Ti或Ti合金基材，采用去离子水冲洗并在40～100℃下干燥2～6小时。

(6)对(5)处理好的Ti或Ti合金基材在空气中进行热处理，热处理时间为0.5～4小时，温度为300～700℃，得到所需的复合涂层。