一种颅骨修复钛网表面的生物活性涂层及其制备方法

本发明属于功能性涂层，具体涉及一种颅骨修复钛网表面的生物活性涂层及其制备方法。

背景技术：

1、治疗颅脑外伤、脑血管疾病、脑肿瘤等疾病的过程中会出现头部颅骨缺损，那么就需要进行颅骨成形术来重塑缺陷部位。临床上，钛网、聚醚醚酮(peek)等人工材料被广泛应用于颅骨缺损的修复，钛网片因为价格相对低廉等原因而被大量使用。但是，由于钛网天然的生物惰性、与宿主组织间的力学性能不匹配等问题，患者在钛网颅骨修补术后常会出现术后出血、组织感染、与周围组织产生排斥等并发症。据报道，植入钛网的暴露率和随后的感染率高达13.9％。尤其是机体排斥将引起钛网与自体骨(颅骨、脑硬膜等)不融合、头皮变薄直至网片暴露等系列问题，长时间的钛网外露易造成脑内感染。进一步的，由于感染的复发，最终必须移除钛网植入物，以充分治疗感染和实现一定的伤口愈合。此外，感染可扩散到底层组织，导致硬膜外脓肿，在某些情况下可发生脑炎。对颅骨修复网片进行表面改性可从根本上解决术后急慢性排斥带来的系列问题。

2、良好的骨整合能力是钛网种植体与颅骨、脑硬膜等界面长期结合的关键，为了实现更好的界面整合和兼顾有抑制头皮变薄的双重功效，急需对钛网种植体表面进行改良。现有技术中，多种材料已被证实可促进骨整合，但同时兼具骨整合和皮肤修复的材料却较为少见。生物玻璃在组织工程中显示出巨大潜力，例如骨组织工程、软骨组织工程和伤口愈合等，是当前的研究热点，其已被证明比羟基磷灰石具有更高的生物活性和更好的骨整合能力。

3、公开号为cn110075349a的中国专利文献公开了一种生物活性玻璃复合支架，通过45s5生物活性玻璃(45wt％sio2、24.5wt％na2o、24.5wt％cao和6wt％p2o5)粉末混合xls(硅酸镁锂)粉末通过模板复制和高温烧结法制备得到，该复合支架具有较好的骨诱导性。

4、生物玻璃的主要缺点是它的脆性，这进一步限制了其应用。为了解决这个问题，研究人员将生物活性玻璃沉积到金属基材上，开发出一种复合层，该复合层结合了良好的机械性能和高生物活性。现有技术中，搪瓷、上釉、磁控溅射和脉冲激光沉积等技术被用于制备上述复合层。

5、含有天然成分的生物工程材料，有望解决网片与头皮贴合部位的组织排斥，从而减缓头皮变薄和网片暴露的风险。

技术实现思路

1、本发明提供了一种颅骨修复钛网表面的生物活性涂层，该生物活性涂层包括均与钛网表面直接接触的骨整合涂层和皮肤修复涂层，不仅具有骨整合能力，还可以促进皮肤修复，能够解决钛网种植体与颅骨、脑硬膜等组织界面融合性不好以及伤口愈合缓慢导致二次感染等问题。

2、具体采用的技术方案如下：

3、一种颅骨修复钛网表面的生物活性涂层，所述的钛网表面上涂覆有骨整合涂层和皮肤修复涂层，骨整合涂层和皮肤修复涂层均与钛网表面直接接触，骨整合涂层为生物玻璃前体溶液形成的生物玻璃涂层，皮肤修复涂层为离子交联的天然多糖基涂层。

4、当带有本发明生物活性涂层的钛网植入体被用于颅骨修复时，钛网植入体靠近颅骨一侧和靠近脑硬膜一侧涂覆有骨整合涂层，钛网植入体靠近头皮一侧涂覆有皮肤修复涂层，从而同时实现该钛网植入体的骨整合与皮肤修复功能。

5、优选的，所述的生物玻璃涂层中，二氧化硅、五氧化二磷、氧化钠、氧化钙和氧化硼的质量比为43～23：7：22：23：5～25。

6、进一步优选的，所述的生物玻璃涂层中，二氧化硅、五氧化二磷、氧化钠、氧化钙和氧化硼的质量分数分别为43～23％、7％、22％、23％和5～25％。

7、硼硅酸盐生物玻璃是生物玻璃的一种，是由氧化硼代替部分二氧化硅而成，其大多性质介于硅酸盐生物玻璃和硼酸盐生物玻璃之间，如降解速率、热成型能力、结晶倾向等。硼硅酸盐生物玻璃兼具骨整合和皮肤再生双重功效，通过硼离子的释放可进一步刺激头皮纤维细胞再生。

8、离子交联的天然多糖基涂层中包含天然多糖、表皮生长因子和钙离子；天然多糖包括壳聚糖、海藻多糖和芦荟多糖中的至少一种，天然多糖和表皮生长因子的质量比为15～35：0.05-1.2。

9、进一步优选的，所述的载体为聚二甲基硅氧烷。

10、海藻多糖、芦荟多糖、壳聚糖等天然成分都具有促进细胞外基质合成从而实现创面皮肤修复的功能，钙离子的交联使皮肤修复涂层具有多孔结构，利于细胞的贴附和增殖。表皮生长因子(egf)又名寡肽-1，是人体内的一种活性物质，能在体内外刺激皮肤细胞的分裂增殖，促进细胞分化，对受损皮肤进行快速修复，促进手术创面的愈合和皮肤再生，重新启动受损和衰老的皮肤细胞等。

11、本发明利用壳聚糖、海藻多糖、芦荟多糖、表皮生长因子(egf)等天然成分为主的皮肤修复涂层涂覆在钛网表面可以刺激皮肤愈合和减缓头皮变薄；利用生物玻璃与钛合金相似的热膨胀性能，以及生物玻璃的高生物活性特性，并通过等离子前体液料喷涂在钛网表面制备骨整合涂层，不仅提高了生物玻璃的机械性能，且同时具有骨整合和皮肤修复功能；从而解决现有技术中植入物外观不令人满意，以及伤口愈合缓慢所导致的二次感染问题。

12、优选的，骨整合涂层厚度为10～20微米，皮肤修复涂层厚度为5～10微米。

13、本发明还提供了所述的颅骨修复钛网表面的生物活性涂层的制备方法，具体包括以下步骤：

14、(1)对钛网表面喷砂粗化后清洗，随后灭菌并干燥；

15、(2)分别利用等离子液料喷涂法和雾化喷涂法制备涂覆在钛网表面的骨整合涂层和皮肤修复涂层；

16、等离子液料喷涂法制备骨整合涂层时，喷涂原料为生物玻璃前体溶液，以硅源、磷源、钠源、钙源、硼源为原料制备得到；

17、雾化喷涂法制备皮肤修复涂层时，喷涂原料为包含载体、天然多糖、表皮生长因子、钙离子和固化剂的混合凝胶。

18、利用生物玻璃前体溶液代替悬浮液或粉末原料在钛网表面制备涂层，获得了独特性能的涂层，可以很容易地生产更薄的涂层。使用前体溶液制备骨整合涂层有两方面显著优势，一方面，可以制备得到更均匀、更薄、尺寸可控的纳米结构的涂层；另一方面，粉末或悬浮液喷涂原料只能利用纯物质，成本较高，也会导致一些污染物的引入，而生物玻璃前体溶液经等离子体液料喷涂，能够在钛网表面形成一次成型的均匀生物玻璃薄层，这也是解决钛网种植体与颅骨、脑硬膜等界面融合问题的有效方法。

19、等离子喷涂与其他沉积技术相比，具有高沉积速率、对基材退化的控制性更好，以及更易于控制涂层形态、厚度和结构，也较易于生产用于植入式设备的致密涂层。

20、步骤(1)具体包括以下步骤：先使用喷砂机对钛网进行表面喷砂，然后用无水乙醇超声清洗15min，之后使用高压灭菌锅灭菌，最后干燥。

21、优选的，生物玻璃前体溶液的制备方法包括：首先将适量正硅酸乙酯(teos)溶于去离子水中搅拌至澄清，为加速水解可加必要量的硝酸作为催化剂，然后依次加入三磷酸乙酯、硝酸钠、四水硝酸钙和硼酸，每次加料后均搅拌0.5h，得到混合溶液，再持续搅拌1h，室温过夜得到生物玻璃前体溶液。

22、进一步优选的，硝酸的浓度为0.2m，浓度过大前体溶液的粘度显著增加，前体溶液凝胶化程度严重，形成致密的凝胶，会堵塞注射器。

23、等离子液料喷涂的工艺参数为：生物玻璃前体溶液采用蠕动泵输送；采用的工作气体包括氩气和氢气；电流强度为500～800a；喷涂距离为60～90mm；喷涂次数为5～20遍；喷涂速度为600～1000mm/s。

24、所述的混合凝胶的制备方法包括：将天然多糖添加到聚二甲基硅氧烷预聚体中，再添加表皮生长因子egf，随后加入钙离子交联，最后添加固化剂得到混合凝胶。

25、天然多糖具有皮肤修复功能，表皮生长因子能刺激皮肤细胞的分裂增殖，对受损皮肤进行快速修复，促进手术创面的愈合和皮肤再生等功能，可以解决钛网植入物与人体的组织排斥问题，从而减缓头皮变薄和钛网暴露的风险。

26、优选的，聚二甲基硅氧烷预聚体和固化剂的质量比为4～20:1。

27、雾化喷涂法的工艺参数为：通过雾化喷嘴将混合凝胶喷涂在钛网表面；混合凝胶雾化采用0.6～1.8mpa的高纯氩气，雾化喷嘴直径为0.8mm，喷涂距离为30～50mm，喷涂次数为2～6次。

28、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

29、(1)本发明制备得到的钛网植入体(表面带有所述生物活性涂层的钛网)，不仅具有骨整合能力，且能促进皮肤修复；天然成分为主的皮肤修复涂层可以刺激皮肤愈合和减缓头皮变薄，减小组织排斥，防止网片暴露等；生物玻璃具有与钛合金相似的热膨胀性能，生物活性高，通过等离子前体液料喷涂在钛网表面制备骨整合涂层，不仅提高了生物玻璃的机械性能，且同时具有骨整合和皮肤修复功能；皮肤修复涂层和骨整合涂层协同发挥作用，制备得到性能优异的钛网植入体。

30、(2)本发明采用生物玻璃前体溶液代替悬浮液或粉末原料在钛网表面制备涂层，获得了独特性能的涂层，易于生产更薄的涂层。使用前体溶液制备骨整合涂层有两方面显著优势，一方面，可以制备得到更均匀、更薄、微观结构可控的纳米结构的涂层；另一方面，粉末或悬浮液喷涂原料只能利用纯物质，成本较高，也会导致一些污染物的引入，而生物玻璃前体溶液经等离子体液料喷涂，能够在钛网表面形成一次成型的均匀生物玻璃薄层。

31、(3)与其他沉积技术相比，等离子液料沉积技术具有高沉积速率、对基材退化的控制性更好，以及更易于控制涂层形态、厚度和结构，进而易于控制产品涂层的性能，另外，等离子液料沉积技术制备得到的涂层致密，适合放大生产，具有良好的应用前景和经济效益。