[发明专利]一种表面改性的医用金属材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种表面改性的医用金属材料及其制备方法；具体涉及一种采用化学方法共价接枝聚乙烯吡咯烷酮对医用金属进行表面改性，以赋予医用金属材料良好的生物活性、相容性和抗菌性，属于金属材料表面改性技术领域。

背景技术

骨缺损及骨修复的治疗研究仍然是当今骨科领域中的一大难题。由于自体骨的数量有限且自体骨移植会增加感染，故完全采用自体骨进行修复是不可能的，而异体骨(人骨、动物骨等)的移植又存在免疫反应等问题，因此，为广大患者提供性能良好的人工骨替代材料，既要要与人骨密度和弹性模量相匹配，又具有一定的生物活性和可降解性，同时具有抗菌作用的新型生物材料具有重要的现实意义。医用金属材料（包括钛及镁）凭其优良的综合性能在人工骨材料方面得到了广泛研究和应用，但这些医用金属材料直接作为植入体植入时，与骨之间只是一种机械嵌合，而非强有力的化学骨性结合；因此形成良好的植入体/骨组织界面是保证移植修复成功的重要因素，也是骨移植手术面临的一个关键性问题。由于植入材料与活体组织的界面生物学反应主要发生在植入材料的表面，因此通过改变医用金属材料的表面性能来调控细胞的生长行为对提高植入材料的生物相容性和抗菌性具有非常重要的意义。

为了构筑生物活性良好和具有抗菌性能的骨移植材料，近年来学者们采用物理、化学和电化学等多种表面改性方法，改变医用金属材料表面层的结构、化学成分，以赋予医用金属材料良好的生物活性和抗菌性，从而在体内实现骨移植材料与硬组织间的生物活性结合。最近专利中关于改善医用钛或镁金属材料的生物相容性的代表性工作有：中国专利CN101461964公开了一种生物医用可降解镁合金和生物活性表面改性方法，首先在镁或镁合金表面制备一层中间化学转化膜，然后，在外层制备具有生物活性的陶瓷层；该表面涂层可控制镁或镁合金基体的降解速度又具有表面活性。中国专利CN102162080A公开了一种医用钛植入器械表面改性层及其制备方法的发明专利，首先用氢氟酸、硝酸和水的混合液进行活化处理，然后在氮气和氧气的混合气氛下进行处理，改善了钛植入体的生物相容性和耐磨性。中国专利CN101962761A公开了一种镁合金表面仿生疏水性涂层的制备方法，该方法首先以碱洗、酸洗为前处理工艺，让后将试样浸入化学刻蚀溶液中，让后在放入硫酸镍为主盐的化学镀液中，在沉积过程中，逐渐形成具有典型生物疏水表面特征的化学涂层，进而改善了镁合金表面的耐蚀性。中国专利CN102100926A公开了一种医用钛或钛合金表面活化改性方法的发明专利，以单分散聚苯乙烯球为模板，无机钛盐为原料，在低温下通过水解-溶胶法制备了自组装纳米晶二氧化钛微胶囊生物薄膜，该薄膜显示了良好的生物活性。中国专利CN101411893A公开了表面改性的钛或钛合金材料及其制备方法和应用的发明专利，采用逐层自组装方法，通过静电吸附作用将聚阳离子电解质壳聚糖和聚阴离子电解质丝素蛋白交替层叠组装在钛或钛合金材料的表面，实现了涂层厚度的可控性。最近专利中关于改善医用金属材料抗菌性的代表性工作有：中国专利CN101899700A公开了一种采用超声-微弧氧化复合技术在钛合金和镁合金表面制备了具有抗菌性和生物活性涂层材料的方法，可获得底层致密表层多孔的生物涂层材料，可提高镁、钛生物活性，耐蚀性，降低植入体所引起的细菌感染。中国专利CN102330051A公开了一种改善医用钛金属的抗菌性和生物活性的改性方法的发明专利，首先将钛片放入双氧水中，在70-90℃进行水热处理，然后利用等离子体浸没离子注入技术在水热处理后的钛金属表面注入银离子，得到了一种兼具生物活性和抗菌性的医用植入材料。中国专利CN102146577A公开了一种纯钛金属表面微弧氧化处理电解液及其抗菌性生物活性涂层制备方法的发明专利，首先配置了由乙酸钙、磷酸钠及氧化锌前躯体成分构成的的复合体系充当电解液，然后利用表面微弧氧化技术处理此电解液，直接在钛金属表面原位生成生物复合涂层，得到了一种生物活性和抗菌性良好的抗菌涂层，抗菌成分是氧化锌。

这些方法虽然可以改善医用钛或镁金属材料的生物相容性和抗菌性，但普遍存在羟基磷灰石涂层与钛基金属材料结合强度弱的问题。一般认为，作为骨组织植入材料，在临床应用中除了由于植入后引起感染需更换外，还可能由于材料在植入生体后，在受力和体液的共同作用下，涂层部分脱落以及溶解等，导致涂层失效，植入体寿命缩短，引起植入体材料失败；产生这个问题的主要原因是涂层和基体的界面或涂层与骨组织界面的相互作用引起的。当前关于骨-涂层-基体系统的界面行为上，大多数研究集中在骨与涂层间界面的显微组织、结合强度及组织反应等内容的研究上；而对如何改善羟基磷灰石涂层与基体间的界面结合强度研究相对较少。