[发明专利]一种钛合金生物功能支架及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种钛合金生物功能支架及其制备方法和应用，所述钛合金生物功能支架包括：钛合金多孔支架、以及原位生长在钛合金多孔支架中骨架表面的垂直石墨烯生物功能薄膜。

技术领域

本发明涉及一种钛合金生物功能支架及其制备方法和应用，具体涉及一种基于3D打印支架表面垂直石墨烯生物功能薄膜的制备方法，属于生物医用材料技术领域。

背景技术

生物医用材料是用来对生物体进行诊断、治疗、修复或替换其病损组织、器官或增进其功能，且对生物体组织不会产生不良影响的材料。其中具有优良力学性能，易加工性和热稳定性的生物医用金属材料被广泛用于牙科、整形外科等领域。在众多金属材料中，钛合金由于具有生物相容性好和耐体液腐蚀等特点，常作为人工关节、骨创伤产品，牙种植体和人工心脏瓣膜等使用。传统金属加工方法无法制备出结构复杂的金属植入体，而3D打印技术可以制备结构复杂的零件，在个性化定制方面有着巨大的优势，因此3D打印技术在生物医学领域中得到了广泛应用。但是，目前3D打印技术存在固有缺陷，打印产品表面存在球状粉末粘附，尚不能完全满足实际应用需求。目前主要从两方面来解决球状粉末粘附问题：1.3D打印过程中减小粉末粘附的几率，Saad A.Khairallah等人[Sicence,2020,368(6941):660-665]研究了金属3D打印过程中粉末动力学与不锈钢中缺陷形成的关系，发现激光器的功率，光束形状，扫描速度，脉冲持续时间以及扫描模式，都会影响局部熔化条件，设定合适3D打印条件可减少产品表面粘附粉末。2.采用适当方法进行表面处理，专利CN106853609A报道了采用机械抛光法和化学抛光法对样品抛光，专利CN109759942A报道了化学磨粒流抛光方法对样品进行抛光，然而对于复杂3D打印样品存在一定的局限性。

作为医用植入体，钛合金没有抗菌效果，容易出现二次感染，为确保临床植入手术成功，研究钛植入体表面抗菌方法至关重要。

发明内容

针对上述问，本发明的目的在于提供一种兼具抗菌性能和生物相容性的钛合金生物功能支架及其制备方法和应用。

一方面，本发明提供了一种钛合金生物功能支架，包括：钛合金多孔支架、以及原位生长在钛合金多孔支架中骨架表面的垂直石墨烯生物功能薄膜。

较佳的，所述垂直石墨烯生物功能薄膜的厚度为50nm～300nm。

较佳的，所述钛合金多孔支架的材质为Ti6Al4V钛合金、或Ti6Al7Nb钛合金。

另一方面，本发明还提供了一种钛合金生物功能支架的制备方法，包括：

(1)通过3D打印制备得到钛合金多孔支架；

(2)将钛合金多孔支架通过喷砂处理和酸蚀处理后，采用等离子体增强化学气相沉积法在钛合金多孔支架内外表面制备垂直石墨烯生物功能薄膜。

在本公开中，喷砂处理+酸蚀处理可以去除3D打印制备的钛合金多孔支架表面的微球；使用等离子体增强化学气相沉积系统可在3D打印钛合金多孔支架内外孔表面直接形成均匀的垂直石墨烯薄膜；所生长的垂直石墨烯薄膜结构、尺寸及厚度容易控制。

较佳的，所述喷砂处理所用喷砂媒介为白刚玉砂、氧化锆砂或玻璃珠砂，粒度为45μm～125μm；所述喷砂处理的参数包括：喷砂压力为0.2MPa～0.7MPa，喷砂角度为50°～90°，喷砂距离为1cm～4cm，喷砂时间为30s～120s。

较佳的，所述酸蚀处理所用酸溶液是由氢氟酸溶液、硝酸溶液和去离子水按照体积比1：5：(34～44)混合而成；其中，所述氢氟酸溶液的质量浓度为40％～50％，所述硝酸溶液的质量浓度为60％～75％。

较佳的，在喷砂处理或/和酸蚀处理之后分别进行超声清洗和干燥。