一种利用无机活性离子改性钛基植入物表面的方法

本发明属于金属医用材料表面改性，具体涉及在具有管间距的二氧化钛纳米管上修饰锶、银两种活性离子。

背景技术：

1、医用金属材料的日益成熟发展，使得医用材料逐步成为骨骼、牙齿等硬组织的替代和心血管等软组织支撑的首选材料。其中钛植入物因其更好的机械性能，优异抗腐蚀性能，更高生物相容性在临床得到大量的应用。但是仍存在骨界面结合不良引起植入物松动和植入物术后感染等问题，这些问题都可能最终导致植入物手术的失败。为解决钛植入物存在的缺陷，相关研究主要针对钛材料的表面处理，主要目的在于增加表面粗糙度以及生物活性。主要使用方法有如喷砂和喷涂、酸蚀和磁控溅射、等离子喷涂等，但存在涂层疲劳强度较低，涂层对金属基底吸附性差等问题。

2、阳极氧化工艺可生成附着牢固的二氧化钛纳米管，解决了其他表面处理工艺存在的涂层疲劳强度低的问题，同时生成的二氧化钛纳米管的高孔隙率和大比表面积这两个特性使得在其表面进行修饰改性更容易实现，进而解决了涂层功能单一的问题。

3、银作为目前公认的广谱抗菌剂，已应用于血管导管、尿管导管以及全髋关节置换术的假体以预防术后感染，具有高效的抗菌性能。纳米银颗粒可以破坏细胞膜，导致细菌结构改变的同时诱导活性氧的释放，形成具有杀菌作用的自由基。材料表面的纳米银颗粒在体内环境会被氧化释放出游离的银离子，银离子会和蛋白质以及带负电荷的核酸结合，破坏细菌的细胞壁、细胞膜和核酸的结构。纳米银独特且多重的杀菌机制使得细菌难以产生抗药性。原位还原法是一种有效而简单的制备方法，可以调节沉积银纳米粒子的数量和控制表面银纳米粒子的大小。银离子在本研究的主要作用在于解决术后感染问题，较高浓度的银离子具有优异的抗菌性能，但较高浓度的银离子具有一定的细胞毒性，因此在本发明中引入锶离子。锶离子具有高的生物活性以及优异的促成骨性能，雷奈酸锶作为抗骨质疏松剂已在临床上得到广泛使用，锶离子能够干扰 rank/rankl/opg 信号通路从而抑制破骨细胞的形成，同时可以刺激成骨细胞的增殖、分化和矿物质形成，产生细胞因子 ck(cytokine)和生长因子 gfs (growth factors)刺激 mscs 成骨分化，促进诱导 m2 巨噬细胞再生极化减少早期炎症反应。对钛基植入物进行无机活性离子的改性，通过无机活性离子将钛基植入物修饰成为具有促成骨、抗菌的多功能复合植入物材料。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种利用无机活性离子改性钛基植入物表面的方法，制备出具有优异抗菌性能的材料，同时锶的引入提高了对成骨前体细胞的生物相容性，减小了银离子的细胞毒性。

2、为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、步骤一，以纯钛片作为阳极，采用阳极氧化的方法在纯钛表面制备具有一定管间距的二氧化钛纳米管，然后在空气氛围中退火；

4、步骤二，获得的材料在氢氧化锶水溶液中水热处理；

5、步骤三，获得的材料浸泡在agno3水溶液中避光吸附固定，最后利用氙灯光源照射，将吸附的银离子还原为银纳米颗粒。

6、进一步地，阳极氧化工艺中所述阳极氧化电压为40-80 v，在40-80 °c阳极氧化1-4小时，电解液为0.1-0.4 m的nh4f和1-4 m的h2o的三乙二醇溶液；退火温度为400-500 °c，保温时间0.5-2小时，升温速率为1-3 °c/min。

7、进一步地，氢氧化锶水溶液浓度为0.01 m-0.03 m，水热温度为150-350 °c，水热时间为1-4小时。

8、进一步地，agno3水溶液浓度为0.005-0.8 m，吸附时间为12-16小时。

9、进一步地，氙灯光源光功率为95.3 mw/cm2，照射时间为0.5-2小时。

10、本发明的优点在于：

11、与现有技术相比，有一定管间距的管阵列拥有更高的比表面积，有利于后续进行表面修饰的同时更加利于细胞的黏附和成骨分化。锶的引入提高了对成骨前体细胞的生物相容性，减小了银离子的细胞毒性。 同时材料亲水性能较高，具有更好润湿性将更有利于材料上骨细胞的生长，从而有利于植入物在周围生物系统中的骨结合。

技术特征：

1.一种利用无机活性离子改性钛基植入物表面的方法，其特征在于，通过阳极氧化法制备具有一定管间距的二氧化钛纳米管，管间空隙允许高浓度离子的负载，通过调节银离子负载的浓度控制其杀菌的性能，通过锶离子的浓度调节控制其细胞相容性，最终获得表面修饰锶和银的钛基植入物；该材料的制备方法包括如下步骤：

2. 根据权利要求1中所述的一种利用无机活性离子改性钛基植入物表面的方法，其特征在于，采用阳极氧化法制备带间隙的二氧化钛纳米管，阳极氧化电压为40-80 v，在40-80°c阳极氧化1-4小时，电解液为0.1-0.4 m的nh4f和1-4 m的h2o的三乙二醇溶液；退火温度为400-500 °c，退火时间为0.5-2小时，升温速率为1-3 °c/min。

3.根据权利要求1中所述的一种利用无机活性离子改性钛基植入物表面的方法，其特征在于，所述氢氧化锶水溶液浓度为0.01 m-0.03 m，水热温度为150-350 °c，水热时间为1-4小时。

4. 根据权利要求1中所述的一种利用无机活性离子改性钛基植入物表面的方法，其特征在于，所述agno3水溶液浓度为0.005-0.8 m，吸附时间为12-16小时。

5.根据权利要求1中所述的一种利用无机活性离子改性钛基植入物表面的方法，其特征在于，所述氙灯光源光功率为95.3 mw/cm2，照射时间为0.5-2小时。

技术总结
本发明提供了一种利用无机活性离子改性钛基植入物表面的方法。针对钛植入物在临床运用存在的问题，采用阳极氧化工艺生成具有一定管间距的二氧化钛纳米管后，碱热法将锶离子修饰到材料表面，光还原法将纳米银颗粒修饰至材料表面。最终制备出修饰上锶、银两种活性离子的二氧化钛纳米管，实验证实其具有促成骨活性和高效抗菌的双重功能。

技术研发人员：周雪梅,向琳,王锴,唐渝菲,吴秉峰
受保护的技术使用者：四川大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12