一种改性钛合金材料及其制备方法和应用

本发明涉及医用生物材料制备，具体地说，涉及一种用于医用钛合金材料表面抗菌涂层的制备及应用。

背景技术：

1、随着我国人口老龄化程度的加剧以及人民群众对于更高品质医疗服务需求的上升，植入医疗器械市场展现出巨大的发展前景。钛合金作具有良好的力学性能、耐磨性和耐蚀性，被广泛应用于临床口腔及骨科植入材料的制造。

2、但钛合金表面生物惰性，一旦发生细菌定植，极有可能导致植入体失效，更换失效的植入物极大地增加了手术治疗成本。细菌感染的常规治疗方法是抗生素治疗，但过度使用抗生素会加速耐药细菌的产生，当细菌感染发展成生物膜感染时，生物膜基质能够抵抗抗生素的进入，抗生素的敏感性将会大打折扣，即便是使用高剂量的抗生素也难以根除生物膜感染。钛合金植入体的细菌感染不仅增加了医疗成本，还威胁着患者的生命安全。

3、因此，有必要对原本表面惰性的钛合金材料进行改性，在不损失材料主体优异力学性能的基础上，使其表面具备生物活性，并能够发挥高效、稳定、广谱的抗菌功能，对于临床产品的升级以及社会的进步具有重要价值。

4、等离子体浸没离子注入与沉积(piii&d)技术是一种成熟的材料表面改性技术，广泛应用于半导体芯片加工制造以及生物材料表面改性领域。固体和气体均可产生等离子体，电弧离化可产生固体靶材等离子体，射频辉光放电可产生气体等离子体，加工工件连接脉冲负高压电压，在鞘层电场的作用下，浸泡在等离子体中的工件受到来自鞘层等离子体沿着工件表面垂直方向的撞击，注入的离子弥散分布于表层，最终产生均匀、无明显界面的改性工件。采用等离子体浸没离子注入与沉积(piii&d)技术对生物材料表面改性具有独到的优势，全方位的改性技术能够适配造型精密复杂的植入器械，接近室温的改性温度环境也不会过度影响工件材料主体性质。

技术实现思路

1、针对现有技术中的问题，本发明的目的在于提供了一种改性钛合金材料及其制备方法和应用。

2、一方面，本发明提供了一种改性钛合金材料，包括钛合金及其表面形成的抗菌涂层，所述抗菌涂层中包括含镍氮化物。

3、优选的：所述含镍氮化物由钛合金表面的活性镍氮化处理后形成。

4、优选的：所述活性镍通过等离子体浸没注入技术形成。

5、优选的：所述氮化处理通过等离子体浸没注入技术进行。

6、另一方面，本发明提供了一种改性钛合金材料的制备方法：包括以下步骤：

7、步骤1，在钛合金表面构建活性镍；

8、步骤2，将钛合金表面的活性镍氮化处理形成包括含镍氮化物的抗菌涂层。

9、优选的：所述钛合金中含有镍，步骤1中通过等离子体浸没注入技术注入高能金属等离子体或者气体等离子体使得钛合金的活性镍暴露。

10、优选的：所述钛合金中不含有镍，步骤1中通过等离子体浸没注入技术注入活性镍。

11、优选的：所述步骤2抗菌涂层中镍的负载量小于20at.％。

12、优选的：所述步骤2抗菌涂层中氮的负载量小于20at.％。

13、另一方面，本发明提供了一种改性钛合金材料在抗菌医用材料中的应用。

14、本发明技术方案的改性钛合金样品表面形成的含镍氮化物涂层能够对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌具有显著的抗菌性能，同时，细胞可以在材料表面正常生长增殖，未表现出细胞毒性。

技术特征：

1.一种改性钛合金材料，其特征在于，包括钛合金及其表面形成的抗菌涂层，所述抗菌涂层中包括含镍氮化物。

2.根据权利要求1所述的改性钛合金材料，其特征在于：所述含镍氮化物由钛合金表面的活性镍氮化处理后形成。

3.根据权利要求2所述的改性钛合金材料，其特征在于：所述活性镍通过等离子体浸没注入技术形成。

4.根据权利要求2所述的改性钛合金材料，其特征在于：所述氮化处理通过等离子体浸没注入技术进行。

5.根据权利要求1所述的改性钛合金材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的改性钛合金材料的制备方法，其特征在于：所述钛合金中含有镍，步骤1中通过等离子体浸没注入技术注入高能金属等离子体或者气体等离子体使得钛合金的活性镍暴露。

7.根据权利要求5所述的改性钛合金材料的制备方法，其特征在于：所述钛合金中不含有镍，步骤1中通过等离子体浸没注入技术注入活性镍。

8.根据权利要求5所述的改性钛合金材料的制备方法，其特征在于：所述步骤2抗菌涂层中镍的负载量小于20at.％。

9.根据权利要求5所述的改性钛合金材料的制备方法，其特征在于：所述步骤2抗菌涂层中氮的负载量小于20at.％。

10.根据权利要求1所述的改性钛合金材料在抗菌医用材料中的应用。

技术总结
本发明提供了一种改性钛合金材料及其制备方法和应用，包括用于医用材料的在钛合金表面氮化处理后形成的抗菌涂层，所述抗菌涂层中包括含镍氮化物。本发明的技术方案制备的改性钛合金具有良好的抗菌性质和具有出色的生物相容性。

技术研发人员：刘宣勇,魏超,张海峰,谭继,邱家军
受保护的技术使用者：中国科学院上海硅酸盐研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/2/21