专利名称：碘抗菌钛合金骨科内固定钉板的设计和制作方法
技术领域：
本发明涉及一种碘抗菌钛合金骨科内固定物的设计、制备及应用， 属于医学生物材料制备技术领域。
背景技术：
作为人工关节、牙齿种植体、骨折内固定及脊柱矫形和融合材料等， 钛和钛合金已广泛用于临床、植入人体，造福广大患者，但同时由植入物引起的相关性感染成为其使用的最严重、甚至灾难性并发症，尤其在开放骨折、关节返修时更易发生感染。全身应用抗生素是治疗感染的有效方法，但内植物相关感染时由于表面细菌生物膜的形成以及局部血液循环的破坏，全身应用抗生素很难达到局部所需血药浓度、根治感染，且长期大量全身应用抗生素会对肝肾脑等重要脏器产生严重的毒副作用及二重感染等。目前认为， 对生物材料进行表面处理使之具有防治感染的作用是避免此类并发症的理想方法。近来已有此类研究报道，如对生物材料表面进行高分子聚合物的共价结合、离子(如F+)注入、负载携抗生素的壳聚糖纳米颗粒涂层、含银离子涂层等处理，但尚存在许多不足，如缺乏化学稳定性、引起局部炎症反应、不可控释及局部应用抗生素可产生机体的抗药性等。虽然银离子由于其高效抗菌引起研究者的广泛兴趣，但新近有研究显示银对机体具有细胞毒性，从而限制了其在临床的使用。故此，探索和制备安全有效、切实可行、新型抗菌生物材料为临床迫切所需，具有重要的应用价值。碘的抗菌、杀菌作用早已被共识，它通过氧化细菌细胞浆的活性基团，与蛋白质的氨基结合使之变性而发挥灭菌作用。碘伏是碘与聚乙烯吡咯酮的有机复合物，通过慢慢释放游离碘而发挥温和而持久的消毒作用，既可以用于皮肤也可以用于黏膜和创口，甚至可用于体腔(胸腔、腹腔、关节腔)消毒灭菌，具有广泛的抗菌谱，不仅细菌，而且真菌、结核菌、和病毒.而且，碘是机体所必需的元素、甲状腺素的重要成分，每天须有一定量的摄入。 如果结合在植入物使用，不失为高效、安全的防治植入物及其手术相关感染的手段。阳极氧化技术是在电化学方法基础上发展起来的一种新的表面处理方法，钛和钛合金，阳极氧化技术是在电解质溶液中，以钛及钛合金为阳极，不锈钢、铁、铬、镍或金属电解槽器壁为阴极，在一定电压、电流等条件下，使阳极表面发生氧化，生成阳极氧化膜氧化膜，钛和钛合金植入物良好的生物相容性归因于其表面易形成稳定的氧化物，通过阳极氧化在其表面很容易形成高粘附性、疏松多孔的阳极氧化物膜，而膜的成分取决于电解质的成分，已有报道在含有钙、磷的电解液中通过阳极氧化其表面可形成羟基磷灰石。本专利描述以碘伏作为电解质在钛合金基体表面形成具有杀菌性阳极氧化膜的方法和新用途。
发明内容
以碘溶液作为电解液阳极氧化钛合金表面的处理方法和应用。具体工艺过程如下基体(钛合金)表面预处理后，以0. 5mol/L的H2S04溶液作为电解液，电解电压为30V，电解时间5min制备基体的阳极氧化膜；再以聚乙烯吡咯酮-碘水溶液(实际I2含量0. 5-2. 0% (W/V))为电解液，电压70-150V,电解时间5-30min,再次阳极化形成含碘阳极氧化膜，蒸馏水冲洗，压缩空气吹干，灭菌备用。所制备的聚维酮碘涂层在钛合金基体表面呈灰黄色(如图1所示，抗菌聚维酮碘涂层接骨板和螺钉)。涂层厚度为5-7um。涂层具有良好的抗菌性能，体外抗菌实验显示，涂层的抗菌率随碘含量的增加而增加，对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌及铜绿假单胞菌有明显抗菌作用(图2)。0.5-2.0% (W/V)碘含量涂层无细胞毒性，MTT法细胞毒性检测显示，2% (W/V)碘含量涂层毒性为0级。急性溶血实验显示，2% (W/V)碘含量涂层溶血率为0. 1%0 可用于骨科钛合金金属固定、植入材料表面处理提高其抗菌性能。
图1碘抗菌涂层钛合金接骨板和螺钉图2碘抗菌涂层对大肠杆菌、绿脓假单胞菌和金黄色葡萄球菌的抑制率
具体实施例方式1.基体(钛合金)的表面预处理基体打磨抛光/化学浸蚀、脱脂，丙酮、无水乙醇和超声波清洗，在干燥箱干燥。2基体的阳极氧化膜制备电解液为0. 5mol/L的H2S04溶液，电解电压为30V，时间 5min。3基体再次阳极化形成含碘阳极氧化膜电解液为聚乙烯吡咯酮-碘水溶液(实际 I2 含量 0. 5-2. 0% (ff/V))，电压 70-150V,时间 5_30min。4.蒸馏水冲洗，压缩空气吹干，灭菌备用。
权利要求
1.一种以钛合金(Ti-6A1-4V)为基体的碘抗菌涂层，其特征在于所述涂层由聚维酮碘组成，碘作为抗菌添加成分。
2.按权利要求1所述碘抗菌涂层，其特征在于厚度为5-7um。
3.按权利要求1所述碘抗菌涂层，其特征在于碘载量大于lOug/cm2。.4.制备如权利要求1-3所述碘抗菌涂层的方法，其特征在于制备步骤是(1)钛合金金属基体的表面预处理清洗和喷砂预处理。(2)基体的阳极氧化膜制备电解液为0.5mol/L的H2S04溶液，电解电压为30V，时间 5min。(3)基体再次阳极化形成含碘阳极氧化膜电解液为聚乙烯吡咯酮-碘水溶液(实际I2 含量 0. 5-2. 0% (ff/V))，电压为 70-150V,时间为 5_30min。(4)蒸馏水冲洗，压缩空气吹干，灭菌备用
4.按照权利要求3所述的碘抗菌涂层制备方法，其特征在于基体进行两次阳极氧化。
5.按照权利要求3所述的碘抗菌涂层制备方法，其特征在于基体第二次阳极氧化的电解液为聚乙烯吡咯酮-碘水溶液。
6.按照权利要求3所述的碘抗菌涂层制备方法，其特征在于基体第二次阳极氧化的电压为 70-150V,时间为 5-30min。
7.按照权利要求1-6所述碘抗菌涂层的应用，其特征在于涂层具有良好的抗菌性能， 对大肠杆菌、绿脓假单胞菌和金黄色葡萄球菌的抗菌率大于95%。
8.按照权利要求1-7所述碘抗菌涂层的应用，具有良好的生物相容性，无细胞毒性。
9.按照权利要求1-8所述碘抗菌涂层的应用不限于骨科内固定物和内植物，所有钛合金表面此种处理均在此权力要求范围。
全文摘要
本发明涉及一种钛和钛合金骨折内固定钉板表面碘修饰抗菌作用及制备方法。钛和钛合金经过预处理，在含碘伏电解液中进行阳极氧化处理，表面形成一层含碘的、高粘附、多孔的阳极氧化膜，从而获得抗菌性能，而且该阳极氧化膜具有良好的生物相容性和生物力学性能，可缓慢释放碘离子，有效抑制材料周围和表面的细菌繁殖，防治假体、内固定物等相关性感染，使开放性骨折和其他原因所导致的骨缺损在清创或病灶清除后亦可进行l期植骨和固定。避免了全身应用抗菌素的毒副作用及局部应用抗菌素机体产生耐药性等不良事件的发生(图1、2)。图1碘抗菌涂层钛合金接骨板和螺钉实例图2碘抗菌涂层对大肠杆菌、绿脓假单胞菌和金黄色葡萄球菌的抑制率。
文档编号C25D11/26GK102416202SQ20111013499
公开日2012年4月18日 申请日期2011年5月24日 优先权日2011年5月24日
发明者周君琳 申请人:周君琳