[发明专利]一种含锌微弧氧化电解液及其含锌生物陶瓷膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种在钛合金和镁合金表面制备生物活性陶瓷膜的新方法，该生物活性陶瓷膜不但具有金属材料优良的力学性能，陶瓷材料低磨损、耐腐蚀的优点，而且使得基体材料在生物体内由“惰性”变成了“活性”材料。特别适用于硬组织修复或替换材料（如人工假体、接骨板等）的表面改性，可有效改善目前临床上使用的钛合金使用过程中存在的问题（如感染、关节早期松动等）和镁合金因降解速率与骨修复速率不匹配而在临床应用受阻的难题。

背景技术

作为组织修复和替代的生物材料在医学领域有着举足轻重的地位，尤其在骨科、矫形外科、颌面外科、口腔科及颅脑外科更是发挥着极其重要的作用，如骨折的修复、人工关节的置换等。随着经济社会的快速发展，由创伤、感染或肿瘤等引起的硬组织损伤日益增多，同时人民生活水平的提高，人们对硬组织修复和替代材料的要求越来越高，这些因素迫使研究人员寻求外观和性能更优越的生物材料。

感染是生物材料在体内植入失败主要原因，也是困扰临床外科医生的最大难题，这其中既与手术中的操作不当有关，也与植入材料部位局部环境发生变化，影响微生物的生长，增加了细菌感染的可能性， 因此，如果生物材料本身具有了抗菌活性，不但可以减少种植体炎症发生，提高植入材料的生物活性，缩短骨愈合时间，进术后组织愈合，提高手术的成功率，减轻病人在精神和物质上的负担，而且有效地克服了抗生素的大量使用引起的一系列问题。

锌离子活性抗菌机理：细菌通常带负电荷，带正电的锌离子会逐渐的游离出来，到达细胞膜时，通过库仑引力，二者牢固结合，锌离子穿透细胞膜，进入细胞，与细胞中的巯基反应，使蛋白质变性，从而细胞丧失分裂增殖能力而死亡；锌离子还能破坏微生物的电子传输系统、呼吸系统和物质输运系统；当菌体被杀灭后，锌离子通过沉淀平衡又游离出来，与其他菌落接触，进行新一轮细菌杀灭，周而复始。所以，国外很早就在创可贴等抗菌产品中加入了氧化锌作为抗菌材料和伤口收敛剂，并取得良好效果。

钙元素是重要的人体组成之一，一般总以钙离子形式存在，钙离子是机体各项生理活动不可缺少的离子。它对于维持细胞膜的膜电位，神经传导，肌肉的收缩与舒张功能，调节酶的活性以及神经递质和激素的合成与释放等都发挥着重要作用。钙在人体内含量很大，绝大部分都存在与骨骼和牙齿中，由于骨组织中的无机成分主要是磷酸钙盐，而且钙、磷离子在骨组织的代谢中起着十分重要的作用。因此，学者们期望通过将钙、磷离子引入到生物材料表面来进行生物改性。

传统硬组织替代和内固定材料如不锈钢等金属材料耐磨性以及生物相容性差，易老化，而且弹性模量大，易产生“应力遮挡”，导致骨质疏松和骨折延迟愈合，限制了其临床应用；而聚乳酸等高分子材料由于机械强度和耐磨损性能较差，很难承受较大的负重；陶瓷材料如碳化硅陶瓷虽然有着优良的耐磨性能，但是本身的力学性能太差，很容易发生碎裂 ，在人工关节假体的制作中，很难获得广泛应用。钛及钛合金是目前临床上应用最广泛的植入材料之一，其相对密度小，机械强度高、耐腐蚀且抗疲劳性能好，但是钛及其合金材料为“生物惰性”材料，生物活性差、缺乏骨诱导作用、与周围组织不存在强有力的化学性结合是种植领域一直未能解决的难题之一，在植入人体内也带来了许多问题，如骨折延迟愈合、人工关节松动等。

镁及其合金材料在密度、弹性模量、机械强度方面和人体的骨骼极其接近，有着其他生物材料无可比拟的优越性能，更重要的是，镁及其合金材料具有可降解性能，如果应用于临床，将避免目前骨科植入物需二次手术取出的问题，极大地减轻了病人的痛苦，同时也为家庭和社会减轻了负担，是一种最为理想的生物材料，但是镁合金在人体的生理环境中降解速度过快，降解速度与骨折愈合速度不匹配.。通过在其表面改性是目前研究的热点。

鉴于传统生物材料表面处理技术如等离子喷涂和电化学沉积等存在涂层与基体的结合强度低、涂层均匀性和稳定性较难控制等问题，而微弧氧化技术具有高效环保、操作方便、涂层和基体结合强度高、可在涂层表面通过高温烧结和放电击穿作用形成含有所需功能元素的多孔陶瓷涂层材料等优点，因此本发明主要采用微弧氧化技术来处理钛合金和镁合金，有效提高涂层和基体的结合强度，同时获得具有高效生物活性和抗菌性能的钛、镁抗菌生物活性抗菌陶瓷膜。