一种具有骨诱导和抗菌性能的导电涂层的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种具有骨诱导和抗菌性能的导电涂层的制备方法。
【背景技术】
[0002]通过电刺激修复机体功能的电治疗方法已被广泛应用于生物医学。在组织工程中也可以通过电刺激的电治疗方法来诱导干细胞分化，修复特定组织。
[0003]电治疗时，在组织工程中植入人体的骨植入材料的基体，主要有钛及其合金、不锈钢等，一方面起支撑作用；另一方面这些金属基体导电，方便通入特定的电压电流对特定部位进行电刺激，诱导干细胞分化，促进组织的修复。
[0004]虽然，钛及其合金、不锈钢的导电性和力学性能好，但其生物相容性差。一般在其表面制备一层羟基磷灰石涂层，能够改善其生物相容性和骨诱导性，但却降低了材料表面的导电性。
[0005]另一方面，植入材料在手术过程中存在细菌感染。可通过电化学沉积在钛表面共沉积羟基磷灰石和抗菌金属加以解决。但金属的导电性远优于其他离子，使其沉积速度更快，会在涂层上出现团聚而对细胞产生毒性。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是提供一种具有骨诱导和抗菌性能的导电涂层的制备方法，该方法制备的导电涂层在保持良好的导电性的同时，还具有良好的生物相容性和抗菌性。
[0007]本发明实现其发明目的所采用的技术方案是，一种具有骨诱导和抗菌性能的导电涂层的制备方法，包括如下步骤:
[0008]A、将生物医用金属进行丙酮超声处理后，备用；所述的生物医用金属为纯钛，钛合金或不锈钢；
[0009]B、用钙盐、磷酸盐、能够产生抗菌金属单质的金属盐和可电聚合的聚合物单体配置成电解液；电解液中钙盐、磷酸盐、金属盐和聚合物单体的浓度分别为10mmol/L、6mmol/L、0.3 ?0.5mmol/L、0.1 ?0.3mmol/L ；
[0010]C、将B步的电解液加入电解槽中，以饱和甘汞电极为参比电极，铂金片为对电极，A步的生物医用金属为工作电极，形成三电极电化学系统进行脉冲电化学沉积10-100次；所述的脉冲电化学沉积时的脉冲参数为:第一脉冲的电位为0.5?2V，脉宽为100?500s ；第二脉冲的电位为-3?-0.5V，脉宽为900?1800s ；
[0011]本发明方法的反应机理是:
[0012]脉冲电化学沉积过程中，每次循环包括两次脉冲，可电聚合的聚合物单体在每次的正电压第一脉冲作用下，先聚合成纳米颗粒，然后在工作电极表面聚集成一层聚合物涂层。其中，聚合物纳米颗粒富含可以与周围的钙/磷酸根离子反应的功能基团(如羟基，氨基等)，形成羟基磷灰石成核的球形模板；在交替的负电压的第二脉冲作用下，电解液中的钙/磷酸根离子沉积在球形模板上生成羟基磷灰石；同时聚合物分子螯合抗菌金属单质的离子，阻止其团聚；自组装成一层羟基磷灰石纳米颗粒\抗菌金属纳米颗粒复合涂层；一次脉冲电化学沉积即自组装一层导电聚合物\羟基磷灰石纳米颗粒\抗菌金属纳米颗粒复合涂层，最后在工作电极表面层层自组装形成致密的复合导电涂层。
[0013]与现有技术相比，本发明的有益效果是:
[0014]—、利用电化学驱动层层自组装技术，交替在生物医用金属表面沉积导电聚合物薄膜、羟基磷灰石纳米颗粒和抗菌金属纳米颗粒，具有良好生物相容性的羟基磷灰石附着在涂层上，使其生物相容性好；同时聚合物薄膜为可电聚合的聚合物单体聚合形成，具有良好的导电性，抗菌金属单质也具有良好的导电性，整个涂层的导电性良好。
[0015]二、通过可电聚合的聚合物分子对抗菌金属的层层螯合，提高了抗菌金属单质在导电涂层上的分散性，既提高了其抗菌性能，又避免了因抗菌金属的团聚而导致的生物毒性。
[0016]三、整个制备工艺在常温液相中进行不涉及高温高压反应，也不涉及前期羟基磷灰石和抗菌金属粉末细化步骤，其工艺简单易行，制备周期短，制备成本低。
[0017]进一步，本发明的磷酸盐为磷酸氢二氨、磷酸氢二钾或磷酸氢二钠。
[0018]进一步，本发明的的钙盐为氯化钙或硝酸钙。
[0019]进一步，本发明的可电聚合的聚合物单体为吡咯、噻吩或苯胺。
[0020]进一步，本发明的能够产生抗菌金属单质的金属盐为硝酸银、氯化锌或氯化铜。
[0021]下面结合实施例对本发明作进一步的描述。
【具体实施方式】
[0022]实施例1
[0023]—种具有骨诱导和抗菌性能的导电涂层的制备方法，包括如下步骤:
[0024]A、将纯钛进行丙酮超声处理后，备用；
[0025]B、用硝酸钙(钙盐)、磷酸氢二氨(磷酸盐)、硝酸银(能够产生抗菌金属单质的金属盐)和吡咯(可电聚合的聚合物单体)配置成电解液；电解液中硝酸钙、磷酸氢二氨、硝酸银、卩比略的浓度分别为 10mmol/L、6mmol/L、0.3mmol/L、0.lmmol/L ；
[0026]C、将B步的电解液加入电解槽中，以饱和甘汞电极为参比电极，铂金片为对电极，A步的纯钛为工作电极，形成三电极电化学系统进行脉冲电化学沉积10次；所述的脉冲电化学沉积时的脉冲参数为:第一脉冲的电位为2V，脉宽为10s ;第二脉冲的电位为-0.5V，脉宽为900s。
[0027]实施例2
[0028]—种具有骨诱导和抗菌性能的导电涂层的制备方法，包括如下步骤:
[0029]A、将钛合金进行丙酮超声处理后，备用；
[0030]B、用氯化钙(钙盐)、磷酸氢二钾(磷酸盐)、氯化铜(能够产生抗菌金属单质的金属盐)和噻吩(可电聚合的聚合物单体)配置成电解液；电解液中氯化钙、磷酸氢二钾、氯化铜、噻吩的浓度分别为 10mmol/L、6mmol/L、0.5mmol/L、0.3mmol/L ；
[0031]C、将B步的电解液加入电解槽中，以饱和甘汞电极为参比电极，铂金片为对电极，A步的钛合金为工作电极，形成三电极电化学系统进行脉冲电化学沉积50次；所述的脉冲电化学沉积时的脉冲参数为:第一脉冲的电位为0.5V，脉宽为200s ;第二脉冲的电位为-3V，脉宽为1000s。
[0032]实施例3
[0033]—种具有骨诱导和抗菌性能的导电涂层的制备方法，包括如下步骤:
[0034]A、将不锈钢进行丙酮超声处理后，备用；
[0035]B、用硝酸钙(钙盐)、磷酸氢二钠(磷酸盐)、氯化锌(能够产生抗菌金属单质的金属盐)和苯胺(可电聚合的聚合物单体)配置成电解液；电解液中硝酸钙、磷酸氢二钠、氯化锌、苯胺的浓度分别为 10mmol/L、6mmol/L、0.46mmol/L、0.2mmol/L ；
[0036]C、将B步的电解液加入电解槽中，以饱和甘汞电极为参比电极，铂金片为对电极，A步的不锈钢为工作电极，形成三电极电化学系统进行脉冲电化学沉积100次；所述的脉冲电化学沉积时的脉冲参数为:第一脉冲的电位为IV，脉宽为500s ;第二脉冲的电位为-3V，脉宽为1800s。
[0037]实施例4
[0038]—种具有骨诱导和抗菌性