[发明专利]一种镁基组织工程材料抗菌涂层及其制备方法

说明书

本发明公开了一种镁基组织工程材料抗菌涂层及其制备方法。所述涂层由里至外包括设于所述多孔镁及镁合金材料表层的生物活性钙磷涂层和纳米金属化合物抗菌涂层；制备时，将多孔镁基材料置于含磷酸钙盐溶液浸泡，化学沉积生物活性钙磷涂层；然后将沉积钙磷层后的多孔镁基材料置于金属化合物溶液恒温动态浸泡反应，在外层钙磷层表面制备载上述纳米金属化合物抗菌涂层，即得。本发明制备的涂层既显著降低了基体多孔镁及镁合金的腐蚀速率，还提高了基体的表面生物活性，可促进成骨及成血管，并具有高效广谱抗菌功效。操作工艺简便、易行，制备的涂层与基体结合力强，所载纳米金属化合物在表面密度、粒径可调控。

技术领域

本发明涉及一种镁基组织工程材料抗菌涂层及其制备方法，属于生物医用材料制备技术领域。

背景技术

在骨科内植入物领域，镁及镁合金因其独特的生物可降解性、生物相容性及与人骨相似的杨氏模量，有希望替代传统医学中的不锈钢、钛及钛合金等骨科内植入材料，被认为是骨科领域内“革命性的医用植入材料”。具有三维贯通开孔结构的多孔镁及镁合金材料，在植入部位不仅起到组织填充的作用，还可以促进血管及周围组织的长入，在完成对植入部位的修复或整形的过程中被逐渐降解吸收，达到自体修复的效果。然而，多孔镁及镁合金材料作为骨科内植入物填充材料存在降解过快，生物相容性有待进一步提高等问题，且在植入后常出现细菌感染，在植入物表层形成细菌膜，影响骨组织的正常生长，甚至导致植入失效，限制了其进一步的临床应用，因此有必要对多孔镁及镁合金材料进行表面改性，一方面提高多孔镁及镁合金材料的耐蚀性和生物相容性，另一方面抑制细菌在材料表面的粘附和增殖，以满足其临床应用。

在多孔镁及镁合金材料表面构筑生物活性钙磷涂层，不仅能提高植入物的生物相容性，对骨组织在镁合金材料表面沉积有积极的诱导作用，促进骨的生长，而且可以延缓基体在体液中的降解速率，是镁合金骨内植入材料表面改性的一个重要方向。尽管生物活性钙磷涂层提高了多孔镁及镁合金耐蚀性和生物相容性，但是也有利于细菌的粘附和增殖，有必要在生物活性钙磷涂层表面制备一层具有抗菌性能的涂层，以预防细菌感染。

目前常见采用的抗菌涂层主要有四种：抗生素涂层、NO释放涂层、二氧化钛释放涂层和活性金属释放涂层。对于涂覆生物活性钙磷涂层的多孔镁及镁合金来说，抗生素涂层易产生抗药性，NO释放涂层不易实现，二氧化钛涂层仅在阳光下起作用，因此，活性金属释放涂层是最佳的选择。在活性金属释放涂层中，银释放涂层具有广谱抗菌性、抗病毒、抗炎症反应、低毒性、长效释放、无抗药性和低成本等优势；锌释放涂层不仅具有优异的抗菌性能，还能促进成骨；铜释放涂层也具有良好的抗菌效果和生物相容性。因此，将抗菌性的金属与多孔镁及镁合金生物活性钙磷涂层材料复合，可以得到抗菌性的骨组织工程支架，达到预防感染的目的。虽然诸如银、铜或锌等金属化合物的抗菌性能优异，但是过量的金属离子释放对成骨细胞存在毒性，会阻碍骨的生长，因此，开发一种针对多孔镁及镁合金抗菌促成骨性能的新型制备方法，优化多孔镁及镁合金抗菌生物活性涂层表面金属化合物含量，对于多孔镁及镁合金组织工程支架的临床应用有着重要的意义。目前镁及镁合金表面载活性金属抗菌涂层相关专利很少。专利公布号CN101899700A采用超声-微弧氧化复合技术在钛或镁合金表面制备载银抗菌涂层。但是受制于微弧氧化工艺特点，基体材料形状受限。同时，镁合金表面微弧氧化陶瓷膜厚度较薄，且表面存在大量的微孔、裂纹，直接影响了膜层对镁基体腐蚀降解的保护性能。而本发明专利采用化学溶液沉积方法制备的钙磷盐层具有致密的膜层结构，有效抑制基体镁降解，同时表面微米尺度粗糙度的板状钙磷盐晶体形貌对促成骨有益。此外，专利公布号CN 103436874A公开了一种采用高温下银化合物热分解后银单质气相沉积技术在镁合金表面制备亚微米抗菌银颗粒，但存在主要问题和局限在于：(1)银颗粒直接与镁合金基体接触，由于镁和银电极电位差相差较大，易发生电偶腐蚀，加速镁基体降解甚至产生局部点蚀，会缩短植入物服役时间，同时由于镁降解产物(镁离子、氢氧根离子和氢气)的迅速大量生成还会影响生物相容性。(2)制备需要150～300℃高温条件，同时硝酸银化合物高温下分解会产生有毒气体氮氧化物。(3)受气相沉积制备方法限制，较适用于简单平整表面的银颗粒沉积，不适合应用于多孔的复杂结构镁基体。

发明内容