一种超微量银掺杂羟基磷灰石涂层及其制备方法和应用
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种硬组织植入抗菌材料的制备方法和应用，具体设及一种超微量银 渗杂径基憐灰石涂层及其制备和应用，属于生物医用材料领域。
【背景技术】
[0002] 径基憐灰石化Ap)具有与人体骨和牙齿中主要矿物质相近的化学组成和晶体结 构，是人体骨组织的主要无机组分，是典型的生物活性材料。径基憐灰石基涂层材料能与骨 组织发生良好的骨性结合，是临床上应用最广泛的人工骨植入材料之一，已广泛应用于髓 关节假体和齿根种植体等。但由于径基憐灰石缺乏有效抗菌性，造成手术区域易于发生细 菌感染，并且潜伏期长，数年后仍可发生血行性感染，是现阶段造成植入手术失败的主要原 因。
[0003] 为了防止临床上的细菌感染，向人工合成的径基憐灰石中添加抗菌剂是一种较为 有效的方法。其中，银是一种最为常用的无机抗菌剂，具有高效、广谱抗菌等优点，被广泛应 用于抗菌制品中。目前，制备银渗杂径基憐灰石涂层(Ag/HAp涂层）的主要方法包括高溫等 离子热喷涂、激光脉冲气相沉积、溶胶-凝胶、磁控瓣射、电泳沉积、电子束气相沉积等，其中 高溫等离子喷涂，特别是真空等离子喷涂技术具有易操作、涂层与基体结合强度高、粉末沉 积效率高、涂层结晶度高等优点，是国际上最常用的临床医用涂层的制备方法。
[0004] 目前已有的关于Ag/HAp涂层的报道中（Qien,W. ,et al. ,Biomaterials 2006,27, 5512-5517;Chen,Y.K.，et al.，J.Mater.Sci.Mater.Med.2008,19(12) ,3603-3609.)，银主 要W单质或化合物的形式分布于HAp基体中，其颗粒粒径较大，并且分布不均，一旦脱落则 无法持续性抗菌。另外，虽然该物理渗杂的涂层抗菌性强，但涂层中银普遍含量偏高，造成 过量银离子的溶出，产生细胞毒性，如不能及时排出体外，会在人体组织(肝脏、肾脏）中累 积，甚至出现银中毒（Roy,M. ,et al. ,Acs Appl.Mater.Inter.2012,4,1:341-1349.)。因而， 审恪化学渗杂的Ag/HAp涂层，寻求合适的银渗杂量，平衡抗菌性和细胞毒性之间的关系是 Ag/HAp涂层植入材料研究中的关键。
【发明内容】
[0005] 针对上述问题，本发明的目的是为了提供了一种超微量银渗杂径基憐灰石涂层， 能够在降低银渗杂量和细胞毒性的同时，仍可保持其高效的抗菌性。
[0006] 本发明提供的银渗杂径基憐灰石涂层形成于基体上且其中的银W离子的形式渗 杂浸入径基憐灰石的晶格，所述银渗杂径基憐灰石涂层中银的质量分数为2.化pm-200ppm。
[0007] 本发明提供的超微量银渗杂径基憐灰石涂层银的渗杂比例，在降低银渗杂量和细 胞毒性的同时，仍可保持高效的抗菌性W及优异的骨传导性。
[000引较佳地，所述涂层的厚度为170WH-230WI1。所述厚度明显高于传统涂层厚度，有利 于植入体对骨组织的长期诱导矿化作用，可增强植入体与自体骨的结合强度。
[0009]本发明还提供了一种超微量银渗杂径基憐灰石涂层的制备方法，包括： 共沉淀法制备银渗杂径基憐灰石纳米晶； 将所得银渗杂径基憐灰石纳米晶通过压片、烧结、粉碎、回烧工序进行造粒处理，得到 银渗杂径基憐灰石粉体； 利用真空等离子喷涂工艺将所得银渗杂径基憐灰石粉体沉积于基体上W制得形成于 所述基体上的所述银渗杂径基憐灰石涂层。
[0010] 较佳地，使所述共沉淀法制备的所述银渗杂径基憐灰石纳米晶为纳米棒，其直径 为 20nm-50nm 且长度为 100nm-200nm。
[0011] 较佳地，所述银渗杂径基憐灰石粉体粒径为15-30WI1。
[0012] 较佳地，所述烧结为在1100°C-1200°C下般烧1.5小时-2.5小时，所述回烧为在 1000°C-1100°C下般烧0.5小时-1.5小时。
[0013] 较佳地，所述真空等离子喷涂的参数为电流540-560安，电压60-70伏，氣气40-50 升/分钟，氨气7-9升/分钟，喷涂距离250-300毫米，送粉氣气22-25升/分钟，喷涂28-30遍。
[0014] 较佳地，所述基体为铁合金或不诱钢。
[0015] 所述共沉淀法制备银渗杂径基憐灰石纳米晶优选包括W下步骤:将憐酸氨二锭溶 解于去离子水中得溶液A;将四水合硝酸巧溶解于去离子水中再加入硝酸银溶液得溶液B; 将溶液B缓慢滴加到溶液A中，调节酸碱度使其保持在抑=9，得到悬浊液;将悬浊液转移至 水热反应蓋水热反应制得所述银渗杂径基憐灰石纳米晶。
[0016] 本发明还提供了一种超微量银渗杂径基憐灰石涂层在硬组织植入材料中的应用。 所述涂层可应用于硬组织植入材料中骨损伤病例的临床修复。
[0017] 与现有技术相比，本发明具有如下有益效果： (1) 采用共沉淀法制备的银渗杂径基憐灰石纳米晶为原材料，经造粒、真空等离子喷涂 制备的Ag/HAp涂层，涂层与基体结合强度高； (2) 所制备的涂层中银元素分布均匀，溶出的银离子和涂层表现zeta电位相反，可借助 静电吸附作用而聚集在涂层表面的双电层内部，达到一种持续的接触抗菌效果，既保证本 体溶液中银离子量低于安全浓度，又保证涂层表面具备持续抗菌效果； (3) 超微量银渗杂既保证了所制备的涂层对骨修复术中常见细菌(大肠杆菌、金黄色葡 萄球菌)具备较强的抗菌能力，又使得涂层后期银离子溶出量极低，不存在术后植入材料在 体内的安全隐患； (4) 所制备的涂层结晶度良好，利于成骨细胞在其表面的粘附增殖W及涂层的"溶解-再沉积"过程，促进新骨生成； (5) 所制备的涂层具备高效抗菌能力的同时，表现出优异的骨传导性，在骨组织修复领 域具有极大的应用价值。
【附图说明】
[0018] 图1为对比实施例、实施例1和实施例2中提供的银渗杂径基憐灰石涂层的X射线衍 射图； 图2为对比实施例、实施例1和实施例2中提供的银渗杂径基憐灰石涂层表面W及截面 的扫描电镜图； 图3为实施例巧日实施例2提供超微量银渗杂径基憐灰石涂层的Ag+溶出曲线； 图4为对比实施例、实施例1和实施例2中提供的银渗杂径基憐灰石涂层的抗菌率柱状 图；图5中A、B、C分别为成骨细胞MG63在对比实施例、实施例1和实施例2中提供的银渗杂径 基憐灰石涂层表面培养24小时后的扫描电镜形貌。
【具体实施方式】
[0019] 本发明提供了一种超微量银渗杂径基憐灰石涂层及其制备方法。本发明使用化学 渗杂方法，银W离子形式渗杂进入径基憐灰石的晶格，银的质量分数为2.化pm-200ppm。该 种渗杂方法使得银元素分布均匀，晶格中银离子溶出缓慢，具备持续性抗菌效果，并且较低 的银渗杂量仍可表现出理想的抗菌效果，避免了过量银渗杂引起的细胞毒性。本发明中所 得涂层可应用于硬组织植入材料中骨损伤病例的临床修复。
[0020] 本发明还提供了一种超微量银渗杂径基憐灰石涂层制备方法。
[0021 ]利用共沉淀法制备含有银渗杂径基憐灰石纳米晶。作为一个示例，具体地，所述共 沉淀法制备银渗杂径基憐灰石纳米晶包括:将憐酸氨二锭溶解于去离子水中得溶液A;将四 水合硝酸巧溶解于去离子水中再加入硝酸银溶液得溶液B;将溶液B缓慢滴加到溶液A中，调 节酸碱度使其保持在抑=9,得到悬浊液;将悬浊液转移至水热反应蓋水热反应制得所述银 渗杂径基憐灰石纳米晶。在2溶液的混合过程中使溶液的酸碱度保持在抑=9-10。所述银渗 杂径基憐灰石纳米晶为直径20nm-50nm且长度为100nm-200nm的纳米棒。
[0022] 将所得银渗杂径基憐灰石纳米晶通过压片、烧结、粉碎、回烧工序进行造粒处理， 得到所述银渗杂径基憐灰石粉体。所述银渗杂径基憐灰石粉体粒径为15-30WH，若粒径过大 或过小都会造成粉体流动性差，堵塞等离子喷涂的管道，最终致使喷涂失败。所述烧结为在 1100 °C -1200 °C下般烧1.化-2.5h，所述回烧为在1000 °C -1100 °C下般烧0.化-1.5h。
[0023] 利用真空等离子喷涂工艺将所得银