[发明专利]一种对钛基植入物进行表面改性的方法以及钛基植入物表面复合涂层

说明书

本发明涉及一种对钛基植入物进行表面改性的方法以及钛基植入物表面复合涂层，钛基植入物表面复合涂层包括依次形成于钛基植入物基体上的内层、中间层和外层；所述内层从钛基植入物表面沿厚度方向向内形成，且以M的单质和M的氧化物的形式存在有M金属材料，所述M为钙和/或锶；所述中间层中以M的单质和M的氧化物的形式存在有M金属材料且以N的氧化物的形式存在有N金属材料，所述N为镁、钙、锌、钠、钾中的至少一种；所述外层包括N的氧化物；通过调控所述外层膜厚度，控制所述外层中的N的氧化物在生理环境下的降解时间。

技术领域

本发明属于医用材料技术领域，具体涉及一种对钛基骨科植入物进行表面改性的方法及钛基植入物表面复合涂层。

背景技术

由于牙缺损、骨折、骨质疏松和骨肿瘤患者日益增加，硬组织植入体市场需求巨大。钛及其合金凭借其优良的生物相容性、耐腐蚀性以及良好的力学性能，成为了当前硬组织替代物和修复物的首选材料。

但目前为止，植入手术失败的现象仍常发生，长期临床研究发现，制约钛基植入体临床手术成功率和使用寿命的量大关键问题如下(Progressin Materials Science,2009,54:397-425)：一方面，钛基植入体表面无抗菌性能，植入初期，细菌易在表面黏附繁殖形成生物膜，致使植入体相关的细菌感染频繁发生；另一方面，钛属于生物惰性材料，其促成骨性能也不理想，骨和植入体之间不能形成有效的骨整合，植入后期，容易发生植入体松动现象。因此，能够初期抑制细菌在钛基植入体表面的生长，后期促进成骨相关细胞的生长就显得尤为重要。

现阶段，提高钛基植入体表面抗菌性能的改性策略主要包括两种：一是在表面装载抗生素；其次是负载无机抗菌剂。但抗生素的滥用会导致细菌耐药性的产生；而抗菌剂(如Ag、Zn和Cu等)也会对正常细胞和组织产生明显的毒副作用。因此，需发展更为安全且有效的抗菌策略。

发明内容

针对目前临床使用的钛基植入体抗菌和成骨性能不足导致植入初期易发生细菌感染、植入后期易发生植入体松动的问题，本发明的目的是提供一种钛表面(钛基植入物表面)改性方法，以满足医用钛植入体材料初期所需较佳抗菌性能以及后期所需较佳促成骨性能的要求。

为实现上述目，本发明人进行了广泛而深入的研究。细菌的能量代谢主要依赖于细菌膜上呼吸电子传递链的正常运转。细菌通过呼吸作用产生跨膜H⁺浓度梯度，从而形成跨膜质子动力势，以此驱动“能量货币”ATP(三磷酸腺苷)的合成(Annual Review ofBiochemistry 1997,66,717-749.)。近期研究表明，材料表面的局部碱性微环境可消耗细菌胞外H⁺，抑制细菌的生长；表面微环境的碱性愈强，其抗菌性能相应越强(ACS ApplliedMaterialsInterfaces 2018,10,42018-42029)。相对地，哺乳动物细胞的呼吸电子传递链位于胞内的线粒体膜上，受碱性微环境的影响比细菌小。且适当的弱碱性微环境可增强碱性磷酸酶(ALP)的活性，还可促进成骨细胞的增殖和骨髓间充质干细胞的分化(Journal ofMaterials Chemistry,2012,22,8662)，有利于新骨生成。如Mg/Ca金属及其金属氧化物可与水反应生成OH^-，产生碱性微环境；同时生成的Mg/Ca离子可促进骨髓间充质干细胞的黏附、增殖和成骨分化(Acta Biomaterialia,2014,10,2834-2842,Bone,2010,46,571-576)。