[发明专利]医用钛表面可缓释银离子生物活性涂层的激光刻蚀方法

说明书

本发明公开了一种医用钛表面可缓释银离子生物活性涂层的激光刻蚀方法，方法包括：首先，采用光纤激光器以特定功率和激光间距将医用钛片进行表面周期化处理；其次，通过水热反应在钛片表面制备二氧化钛纳米棒阵列涂层，并通过超声处理剥离附着力较差涂层；随后，采用光化学还原法在所得阵列涂层表面负载银纳米颗粒；最后，通过旋涂法在前述涂层表面沉积壳聚糖‑羟基磷灰石复合涂层，得到高度有序的表面微阵列周期结构抗菌复合涂层。所得涂层制备方法简便，结构精度高，重复性好，有利于大规模量化生产。本发明制备的涂层同时具有一维和三维结构的优点，既能诱导骨形成，又能实现银离子释放速率的精准调控，兼具抑菌与生物活性。

技术领域

本发明涉及激光表面刻蚀与材料化学制备复合技术领域，具体涉及一种医用钛表面可缓释银离子生物活性涂层的激光刻蚀方法。

背景技术

钛及其合金由于具有优异的力学性能、低弹性模量和良好的生物相容性，在临床上已经被广泛地用作人工骨、人工关节、牙种植体等硬组织的修复和替换材料。然而，钛及其合金植入体表面会形成对内部细菌有保护作用的生物膜，容易引起手术部位细菌感染，造成手术失败，甚至导致患者的死亡。据报道在人工关节置换手术中术后细菌感染率高达15％，是造成手术失败的首要因素。此外，由于钛及其合金表面属于生物惰性，无法与活体骨组织形成骨性结合，不能诱导新骨的形成，最终会导致植入体在体内的长期失效。

过去十年中，大量关于在钛及其合金表面制备抗菌涂层的研究被报道，尤其是基于具有良好生物相容性和热稳定性的以TiO₂为代表的含银复合涂层。银纳米颗粒是一种广为人知的广谱抗菌材料，合适释放速率的银离子在抑菌的同时，还能促进骨组织的修复，但无序、过量释放的银离子对人体正常细胞存在较大的毒害作用。目前调控涂层银离子释放的方法主要集中于在涂层表面构建一定厚度的表面屏障层来使纳米银不直接暴露在涂层外表面，但这种方式仍存在大批量制备困难、银离子释放速率不能精准调控等问题，而且这种方式制备的涂层结构一般不具有促成骨活性，性能较为单一。开发兼具优良抑菌与生物活性的新型含银复合涂层势在必行。

通过激光刻蚀技术在涂层表面构建规则微纳结构、微纳图形为实现这种新型涂层提供了机遇。一种生物医用钛及钛合金抗菌活化表面周期结构的飞秒激光制备方法(公开号CN114393312A)采用飞秒激光技术在医用钛表面构建了具有一定抗菌和成骨活性的长条形周期结构，但这种方法制备的医用钛样品抗菌和成骨活性均不太理想。一种表面具有微纳结构的诱骨医用钛合金及其制备方法(公开号CN101264550A)提供了在医用钛-钙合金表面使用飞秒激光加工形成负载羟基磷灰石的微纳多孔结构，但该种方法制备的合金表面抗菌效果较差。银离子在抗菌和促成骨活性方面都具有重要作用，但至今未见将银离子缓释调控与医用钛表面周期结构有效结合来构建兼具优良抑菌与促成骨活性的方法报道。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种医用钛表面可缓释银离子生物活性涂层的激光刻蚀方法。

为实现上述目的，本发明提供的一种医用钛表面兼具抑菌与生物活性微阵列周期结构涂层的制备方法，包括以下步骤：

S1：将医用钛片用砂纸逐渐打磨、抛光后，分别用丙酮、乙醇和去离子水以此超声清洗，随后采用纳秒光纤激光器以特定功率、扫速、频率、激光间距对医用钛片表面进行网格化刻蚀处理；

S2：将处理后的医用钛片进行种子层预涂覆，然后将三氯化钛溶液和去离子水混合配置成50mL溶液，向其中加入氯化钠，充分搅拌溶液得到水热溶液，将钛片置入水热反应釜中进行反应，水热反应完成后的钛片经退火处理后，对钛片进行超声清洗，去除附着力较差的部分涂层，然后烘干待用；

S3：将所得二氧化钛纳米棒阵列涂层浸渍在特定浓度10mL硝酸银溶液中，用10W紫外灯垂直照射特定时间，取出后用去离子水冲洗，于真空干燥箱中干燥4小时得到含银二氧化钛纳米棒阵列涂层；