[发明专利]降低骨组织磨损的钛合金表面复合水凝胶涂层的构建方法

说明书

本发明公开了一种降低骨组织磨损的钛合金表面复合水凝胶涂层的构建方法，所述构建方法具体为一种提高钛合金与皮质骨界面摩擦学特性以及钛合金表面耐体液腐蚀性能的医用钛合金表面构建方法。所述构建方法包括以下步骤：步骤S1：对钛合金表面进行羟基化处理；步骤S2：羟基化处理后的钛合金表面依次放入硅烷偶联剂水溶液以及多巴胺溶液中，以获得粘附层；步骤S3：通过溶胶与粘附层的结合，以使得钛合金表面具有钛合金复合水凝胶涂层。此外，本发明还公开了一种钛合金复合水凝胶涂层，所述钛合金复合水凝胶涂层采用上述构建方法构建获得。

技术领域

本发明涉及医疗器械表面涂层制备领域，尤其涉及一种改善钛合金与皮质骨摩擦体系的水凝胶涂层的构建方法，特别是涉及一种改善钛合金与皮质骨摩擦体系的摩擦学性能以及提高钛合金表面耐体液腐蚀性的PVA/PAA/GO/PDA复合水凝胶涂层构建方法。

背景技术

钛及其合金材料因其优良的力学性能、较好的生物相容性以及良好的耐生物腐蚀性，已经广泛应用在骨科内固定系统、人工关节置换等人体硬组织植入领域。然而，钛合金表面的耐磨性较差，其在体内因摩擦磨损产生的磨屑易与周围骨组织发生反应，进而引起骨溶解和植入物的无菌松动，导致植入物失效。而且，钛合金植入物长期在体液中，还会因表面腐蚀释放出有害离子，也会影响人类的健康。因此，改善钛合金表面的耐磨性和耐体液腐蚀性，可有效延长钛合金植入物的寿命，改善其使用的舒适性。

在脊柱整形、骨折修复等系统中，钛合金植入物植入体内，长期与人体骨接触。该种组织系统存在的摩擦配副方式为钛合金/皮质骨，属于硬质材料/软质材料摩擦体系。然而，由于骨骼材料具有各项异性的特点，对于改善钛合金/皮质骨摩擦体系下性能的涂层改性技术研究相对较少。因骨组织和钛合金之间物性参数的差异，尤其是表面硬度和弹性模量相差较大，使其在接触过程中产生大的残余应力，进而造成骨头磨损严重。因此，为了降低骨组织以及钛合金摩擦过程中的磨损率，可以通过在钛合金表面构建软质弹性涂层来优化其表面硬度，从而实现与皮质骨材料的力学性能匹配。

近年来，具有三维网络结构的柔软性水凝胶因其表面优异的化学稳定性、粘弹性以及亲水性，在生物医用材料领域已经成为了研究的热点。

例如：公开号为CN111363167A，公开日为2020年7月3日，名称为“一种RGO/HA/PVA形状记忆水凝胶的制备方法及其产品”的中国专利文献公开了一种RGO/HA/PVA形状记忆水凝胶的制备方法及其产品。在该专利文献所公开的技术方案中，以聚乙烯醇(PVA)为主交联形成的水凝胶具有较低的硬度以及杰出的生物相容性，而且具有形状记忆的功能，暗示了该类水凝胶具有较好的粘弹性。

但是需要指出的是，在该专利文献所公开的技术方案，虽然可以实现PVA水凝胶，但是其为一种单一的PVA水凝胶，因此，存在力学性能差、与硬基质材料的结合强度尚未达到要求等缺陷，而且无法实现改善钛合金与皮质骨摩擦系数的效果。

又例如：公开号为CN107841778A，公开日为2018年3月27日，名称为“一种医用金属材料的表面改性方法”的中国专利文献仅验证了氧化石墨烯(GO)较强的耐腐蚀性，同时GO在生物医用材料应用领域也具有极大的潜力。但是需要指出的是，该专利文献并未公开如何选择适量的GO添加，以进一步优化水凝胶的性能，而涂层与基底间的结合强度也会影响钛合金与皮质骨表面的摩擦学性能和钛合金表面的耐腐蚀性能。

基于此可以看出，现有技术中缺乏一种行之有效的方法可以极好地改善水凝胶涂层与钛合金表面间的界面结合力。

发明内容

为了克服现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种降低骨组织磨损的钛合金表面复合水凝胶涂层的构建方法。该构建方法通过化学组装法与溶胶凝胶法相结合的手段，获得了一种钛合金表面复合水凝胶涂层，以此改善了钛合金与皮质骨之间的生物摩擦学性能，并且提高了钛合金表面耐蚀性。

为了实现上述目的，本发明通过以下几个方面实现：