本发明属于医用生物材料种植体，具体涉及一种医用金属表面压电涂层及其制备方法。
背景技术：
1、公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
2、在医疗领域，植入物相关感染仍然是一个具有挑战性的临床问题，传统的治疗方法依赖于使用抗生素或物理手术来移除植入物和感染组织。如何有效地提高植入物的成骨性能和抗菌能力成为了研究的热点。传统的骨科植入物如钛合金、陶瓷和高分子材料尽管具有良好的力学性能和生物相容性，但在骨整合过程中存在细菌感染的风险，这不仅影响了植入物的功能，还可能导致严重的并发症，如骨髓炎和植入物失败。
3、在临床上，一些外源性的物理诱因得到了极大的开发和应用。压电动力学疗法(sdt)因其独特的无创性、灵活性、可重复性和可控性等治疗优势，在抗菌治疗中引起了广泛的关注。sdt的机理是声敏剂吸收超声(us)能量，触发电子-空穴对分离，从而导致氧化还原反应，从而产生活性氧。活性氧通过引起细菌脂质过氧化、生物膜膜破坏，最终导致细菌死亡，发挥强大的抗菌作用。
4、压电材料具有在受机械应力时产生电荷的特性，这种电荷可以刺激骨细胞的生长和分化。压电涂层的成骨机制主要依赖于涂层在骨细胞周围形成的电场，这一电场能够模仿自然骨组织中的电信号，激活成骨细胞(如成骨细胞和间充质干细胞)的生物学程序，进而促进新骨的生成。
5、目前，最有效的压电催化材料是无机金属氧化物或硫化物，包括batio3、srtio3、litao3，knbo3和mos2等。研究表明，利用超声触发的压电材料，可以有效地治疗细菌诱导的骨髓炎。因此，压电材料在种植体周围炎和种植体引起的骨髓炎的治疗中具有广阔的应用前景。
6、但是尽管压电涂层技术在研究中显示出巨大的潜力，但在实际应用中仍然面临诸多挑战。如：大多数压电材料的生物相关应用通常是纳米颗粒的形式，这可能涉及侵入性，而且纳米颗粒易于被身体清除和排泄，且有限的利用范围阻碍了其在牙科中的实际应用。如何保证涂层在种植体表面的稳定性和耐久性，以及如何优化涂层的压电性能以满足不同类型骨损伤的需求，都是需要解决的问题。同时现有的技术手段在种植体表面制备压电涂层时，不仅存在附着力不强、均匀性差等问题，同时采用机械进行切削，材料容易变形或损伤，影响种植体的精度。
技术实现思路
1、为了解决现有技术的不足，本发明的目的是提供一种医用金属表面压电涂层及其制备方法，以解决现有种植体骨与压电涂层结合力差，机械强度低等问题。
2、为了实现上述目的，本发明的第一方面公开了一种医用金属表面压电涂层的制备方法，包括：
3、对金属进行表面激光烧蚀，获得氧化纳米涂层；
4、将碱性溶液与氧化纳米涂层在高温高压条件下进行水热反应，获得压电涂层；
5、其中，所述金属为钽、钛或铌；高温高压条件为100-300℃、1-5mpa。
6、在一些实施方式中，进行激光烧蚀前对金属进行预处理；优选的，对金属用砂纸进行打磨，然后依次用有机溶剂和纯水进行清洗，最后在20-40℃下进行烘干；进一步优选的，对医用金属依次用400目、600目、1000目和1200目的砂纸进行打磨，然后依次用丙酮、无水乙醇以及纯水超声清洗30min，在25-35℃下烘干12-24h。
7、在一些实施方式中，激光烧蚀在空气中进行。
8、在一些实施方式中，所述激光烧蚀为激光表面直写烧蚀；优选的，采用脉冲激光进行；进一步优选的，脉冲激光的波长为532-1064nm，脉宽为0.5-15ns，功率密度为0.5-15.0j/cm2，频率为50-500hz。
9、在一些实施方式中，将上述激光烧蚀后的金属进行清洗、烘干后，再进行水热反应；优选的，优选的，对激光烧蚀后的金属进行清洗、烘干，优选的方法为：分别用纯水和无水乙醇进行冲洗并超声10-30min，最后在30-50℃下干燥12-24h。
10、在一些实施方式中，碱性溶液为氢氧化锶、碳酸锶的一种或两种；优选为氢氧化锶、碳酸锶的混合溶液，进一步优选的，碱性溶液中氢氧化锶的浓度为0.01-1mol/l；碳酸锶的浓度为0.01-1mol/l。
11、在一些实施方式中，碱性溶液为氢氧化钡、碳酸钡的一种或两种；优选为氢氧化钡、碳酸钡的混合溶液，进一步优选的，碱性溶液中氢氧化钡的浓度为0.01-1mol/l；碳酸钡的浓度为0.01-1mol/l。
12、在一些实施方式中，碱性溶液为氢氧化锂、碳酸锂的一种或两种；优选为氢氧化锂、碳酸锂的混合溶液，进一步优选的，碱性溶液中氢氧化锂的浓度为0.01-1mol/l；碳酸锂的浓度为0.01-1mol/l。
13、在一些实施方式中，水热反应后，对金属进行清洗、干燥；优选的方法为分别用纯水和无水乙醇进行冲洗并超声10-20min，最后在30-50℃下干燥12-24h。
14、本发明的第二方面公开了一种医用金属表面压电涂层，采用上述制备方法获得。
15、在一些实施方式中，所述金属表面的压电涂层的颗粒粒径为10-100nm。
16、本发明的有益效果为：
17、1、本发明利用水热合成法在激光烧蚀后的金属表面，原位生长一层压电颗粒，得到在金属表面得到均匀且附着力强的压电纳米涂层。通过对金属进行激光烧蚀，采用激光烧蚀代替机械切削，不仅能够防止材料变形或损伤，提高金属植入体的精度，同时能够快速获得复杂而精确的表面几何形状，激光烧蚀后的金属表面均匀具有很强的机械强度，金属表面经过激光烧蚀后形成金属氧化纳米涂层，以便后续进行水热反应，采用碱性溶液进行水热反应，反应能耗较低，条件温和，合成的材料纯度高，且本发明可以通过温度、时间、溶液ph值、等的调节，控制最终压电涂层的晶体形貌和粒径，适用于各种形态的纳米结构(如纳米线、纳米棒和纳米片等)的制备。
18、2、采用激光表面直写技术可以实现纳米级别的加工精度，非常适合需要精细结构的微纳加工。该过程能够以干净快速的方式生成具有高分辨率的复杂而精确的表面几何形状，优于其他表面改性技术。同时，与机加工表面植入物相比，激光表面直写技术植入物诱导的骨与植入物接触明显更多，激光加工是非接触性的，不会对材料施加机械压力，避免了传统机械加工可能导致的材料变形或损伤。此外，激光加工速度快，尤其适合大面积和高重复性的微纳结构加工，提高了生产效率。而且激光烧蚀后的金属表面均匀具有很强的机械强度，为制备均匀且牢固的压电涂层打下基础。
19、3、采用水热合成法制备压电涂层，水使反应物能够充分溶解和混合，减少了杂质的引入，因此合成的材料纯度较高。而且水热反应通过调节反应条件，控制最终产物的晶体形貌和粒径，适用于各种形态的纳米结构的制备。因此我们利用水热合成法在激光烧蚀后的金属表面，原位生长一层压电颗粒，就可以得到在金属表面得到均匀且附着力强的压电纳米涂层。
1.一种医用金属表面压电涂层的制备方法，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的医用金属表面压电涂层的制备方法，其特征在于，进行激光烧蚀前对金属进行预处理；优选的，对金属用砂纸进行打磨，然后依次用有机溶剂和纯水进行清洗，最后在20-40℃下进行烘干；进一步优选的，对医用金属依次用400目、600目、1000目和1200目的砂纸进行打磨，然后依次用丙酮、无水乙醇以及纯水超声清洗30min，在25-35℃下烘干12-24h。
3.如权利要求1所述的医用金属表面压电涂层的制备方法，其特征在于，激光烧蚀在空气中进行。
4.如权利要求1所述的医用金属表面压电涂层的制备方法，其特征在于，所述激光烧蚀为激光表面直写烧蚀；优选的，采用脉冲激光进行；进一步优选的，脉冲激光的波长为532-1064nm，脉宽为0.5-15ns，功率密度为0.5-15.0j/cm2，频率为50-500hz。
5.如权利要求1所述的医用金属表面压电涂层的制备方法，其特征在于，将所述激光烧蚀后的金属进行清洗、烘干后，再进行水热反应；优选的，对激光烧蚀后的金属进行清洗、烘干，优选的方法为：分别用纯水和无水乙醇进行冲洗并超声10-30min，最后在30-50℃下干燥12-24h。
6.如权利要求1所述的医用金属表面压电涂层的制备方法，其特征在于，碱性溶液为氢氧化锶、碳酸锶的一种或两种；优选为氢氧化锶、碳酸锶的混合溶液，进一步优选的，碱性溶液中氢氧化锶的浓度为0.01-1mol/l；碳酸锶的浓度为0.01-1mol/l。
7.如权利要求1所述的医用金属表面压电涂层的制备方法，其特征在于，碱性溶液为氢氧化钡、碳酸钡的一种或两种；优选为氢氧化钡、碳酸钡的混合溶液，进一步优选的，碱性溶液中氢氧化钡的浓度为0.01-1mol/l；碳酸钡的浓度为0.01-1mol/l。
8.如权利要求1所述的医用金属表面压电涂层的制备方法，其特征在于，碱性溶液为氢氧化锂、碳酸锂的一种或两种；优选为氢氧化锂、碳酸锂的混合溶液，进一步优选的，碱性溶液中氢氧化锂的浓度为0.01-1mol/l；碳酸锂的浓度为0.01-1mol/l。
9.如权利要求1所述的医用金属表面压电涂层的制备方法，其特征在于，水热反应后，对金属进行清洗、干燥；优选的，方法为分别用纯水和无水乙醇进行冲洗并超声10-20min，最后在30-50℃下干燥12-24h。
10.一种医用金属表面压电涂层，其特征在于，采用如权利要求1-9的制备方法获得；优选的，所述金属表面的压电涂层的颗粒粒径为10-100nm。