一种生物活性涂层及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种生物活性涂层及其制备方法，所述涂层结构为基体/CS?SrHA；具体制备步骤包括：（1）均相共沉淀?水热法制备SrHA粉末；（2）CS?SrHA镀液的配置；（3）基体表面预处理；（4）在基体表面电刷镀CS?SrHA镀液；（5）SBF模拟体液浸泡。本发明的有益效果是：本发明涂层结合了壳聚糖的柔性和韧性，羟基磷灰石的强度和硬度，得到了生物活性与金属材料的良好匹配。利用电刷镀技术制备的涂层能够大幅缩短制备时间，提高生产效率降低了时间成本;涂层刷镀完毕模拟体液浸泡，既可以观察涂层的形貌变化，又可以通过类仿生技术使涂层的成骨纤维性大大提高。
【专利说明】
一种生物活性涂层及其制备方法
技术领域
[0001]本发明涉及的是生物活性涂层制备，具体的是用电刷镀的方法在Ti6Al4V表面制备CS-SrHA生物活性涂层。
【背景技术】
[0002]生物医用材料是生物材料的简称，是用于生物体进行诊疗、修复和替换其病损组织、器官或增进其性能的新型高技术材料。随着新型医疗技术的不断进展和关键科学技术的重大突破，生物材料已逐渐成为全球科学家和相关学者争相研究和开发的热点材料之一。金属生物材料是当前临床应用最广泛的承力材料之一，具有很高的机械强度和抗疲劳特性。如人体植入材料的钴合金、钛合金和不锈钢，常常用于人造假肢、人造骨骼关节、人体内固定物品等。
[0003]锶(Sr)是人体必需微量元素之一，锶与钙在元素周期表中为同族元素。锶的原子半径为1.94nm略大于钙的原子半径，尺寸差别小于15%。锶取代羟基磷灰石结构中的Ca2+可形成置换式固溶体掺锶羟基磷灰石Ca1Q-nSrn(P04)6(0H)2，由于两元素之间原子半径和性质的差异，锶的取代使得HA原有的晶格发生畸变，改变了 HA的结晶性和生物降解性并增加抗压强度。掺锶质量分数小于20%的含锶羟基磷灰石生物相容性好，骨诱导能力优异，生物降解性好，植入体内后可以获得满意的的骨骼缺损修复结果。
[0004]电刷镀工艺具有操作简单，工艺灵活，涂覆速度快，结合强度高等特点。而且能在形状复杂表面制备均匀涂层，占用场地小，具有广阔的应用前景。
[0005]研究表明，壳聚糖上的氨基和羟基是具有反应活性的基团，因此可以通过化学改性使之具有新功能。壳聚糖对机体细胞的影响主要表现在黏附作用、激活和促进作用、抑制作用。壳聚糖及其衍生物能很好的促进上皮细胞增长，促进成骨细胞增殖。壳聚糖/含锶羟基磷灰石复合涂层既具备了壳聚糖的韧性和柔性，也具备了羟基磷灰石本身的强度与硬度，把二者良好结合能制备出符合当下要求的新型骨质材料。
[0006]Ti6Al4V基体表面用电刷镀法制备CS-SrHA生物活性涂层材料国内外尚未见报道。
【发明内容】
[0007]为了满足制备理想镀层的需求，本发明提供了一种生物活性涂层及其制备方法，通过电刷镀技术，优化基体的表面预处理工艺，在钛合金基体表面电刷镀CS-SrHA。通过模拟体液浸泡观察涂层表面形貌和成骨情况。
[0008]为了实现上述发明目的，本发明提供了一种含锶羟基磷灰石的制备过程，锶含量在所制镀液中的质量分数为9%_16%。
[0009]本发明根据电沉积机理，选用石墨镀笔作为阳极，待镀工件作为阴极。利用氧化还原反应原理沉积出理想涂层。电源接通后，水在阳极电解产生HdPOH 一
2H20+2e—=H2+0H—(I)
电解产生的0H—会使溶液的PH升高，因此需要调节施镀电压来控制电流密度从而控制阳极附近的PH，电解产生的OH—与秘04—根据环境PH的改变存在可逆反应生成HP042 一 OH—+Η2ΡΟ4—Η2Ο+ΗΡΟ42— (2)
随着电解进行溶液PH升高，溶液中ΗΡ042-浓度会逐渐增大，是反应(3)向生成Ca1-XSrxHPO4.2Η20方向移动，阳极表面沉积出Ca1-xSrxHP04.2H20。
[0010]HPO42—+Ca2++Sr2++2H20=Ca1-xSrxHP04.2H20 (3)
与此同时，由于刷镀液中质子化的壳聚糖也与OH-发生反应，所以壳聚糖也会在阳极成析出来。
[0011]OH—+CS-NH3+=CS-NH2+H20 (4)
为了实现上述目的，本发明的具体思路为:一种生物活性涂层，所述的涂层结构为基体/CS-SrHA。
[0012]所述的涂层结构为Ti6AUV/ CS-SrHA。
[0013]所用的SrHA为均相共沉淀-水热法制备。
[0014]为了更好地实现发明目的，本发明还提供一种生物活性涂层的制备方法，具体步骤包括:
(1)均相共沉淀-水热法制备SrHA粉末；
(2)CS-SrHA镀液的配置；
(3)基体表面预处理；
(4 )在基体表面电刷镀CS-SrHA镀液；
(5)SBF模拟体液浸泡。SBF模拟体液的成分不变，控制涂层在体液中的浸泡时间，检测涂层的性能。
[0015]所述的步骤(I)均相共沉淀-水热法制备SrHA粉末，具体步骤包括:
A、选用NH4H2P04作为含磷原料，Ca(NO3)2.4H20、Sr(N03)2作为金属离子源；将94.4g-177.0g的Ca(NO3)2.4出0和76.88-144.(^的34勵3)2溶于5001111去离子水中配置成混合溶液
，
B、将46.0g-92.0gNH4H2PO4溶于500ml去离子水中充分搅拌，得到溶液二，并将溶液二在磁力搅拌状态下缓慢滴入混合溶液一中，得到溶液三，所述溶液三最后摩尔数比为(Ca+Sr)/P=1.67；
C、利用1:1氨水调节溶液三的PH值为9-10，待PH稳定后，持续在万能磁力搅拌机下搅拌3-5h，然后室温静置12-24h，得溶液四；
D、溶液四转入120-150°C的高压釜中水热处理5-1 Oh，得溶液五；
E、倒出D步骤中的溶液五静置冷却至室温进行抽滤、洗涤2-3次后，滤渣放入100-120°C干燥箱内干燥24h后研磨，然后用400目筛子过筛，收集通过400目筛子的粉末最终得到SrHA粉末。
[0016]所述的步骤(2)CS-SrHA镀液的配置，具体步骤包括:
a、量取壳聚糖CS 36.5-94.58，冰乙酸10-151111放入200-3501111蒸馏水中混合搅拌配制成混合溶液a;
13、取柠檬酸30-6(^，硫酸铵20-4(^，加入100-2501111蒸馏水搅拌均匀，用氨水体积比2:1的溶液调节PH值为2.2-2.5，配置成复合络合剂；
C、取20-30ml硼酸溶液作为缓冲剂，加入步骤b配置的复合络合剂搅拌均匀，然后将步骤a配置的混合溶液a缓慢倒入，均匀混合得溶液b，所述硼酸溶液质量浓度为30%;
d、取0.2-0.5g十二烷基磺酸钠作为表面活性剂倒入步骤c得到的溶液b中混合均匀，得溶液c;
e、向步骤d配置的溶液c中加入24-40g次亚磷酸钠似!12?02搅拌5-15分钟，然后加入SrHA粉末80-150g，加热至30-50°C并继续搅拌15-30min后，得到溶液d，溶液d冷却后调节pH值为3.7-6.9，得到CS-SrHA镀液;壳聚糖在CS-SrHA镀液中的质量分数为5%_10%，SrHA在CS-SrHA镀液中的质量分数为9%-16%，CS-SrHA镀液的pH值用盐酸与氨水体积比2:1的溶液调
-K-
T O
[0017]所述的步骤(3)基体预处理，具体步骤包括:
①化学除污处理:将基体用去离子水清洗干净，烘干置于试样盘中，用脱脂棉蘸取丙酮擦拭施镀表面后，再用去离子水冲洗，烘干，待镀；
②电净处理:
在经化学除污处理后的基体上刷镀电净液，刷镀工艺为:电极正接，刷镀电压10-12V，刷镀时间20-40S，以相对速度6-24m/min在工件上单向刷镀，刷镀完毕后用蒸馏水清洗；电净液包括以下组分:氢氧化钠20-30g/L磷酸三钠40-60g/L碳酸钠20-25g/L，乙酸0.2-0.5g/L、次亚磷酸钠0.2-0.5g/L，氯化钠1.8-2.9g/L，余量为水；电净液的PH值为11-13；
③活化处理:在步骤②经过电净处理后的基体上先刷镀2号活化液，然后刷镀3号活化液，
刷镀2号活化液刷镀工艺为:电极反接，刷镀电压10-12V，刷镀时间20-40S，以相对速度6-24m/min在工件上单向刷镀，刷镀完毕后用蒸馏水清洗；
刷镀3号活化液刷镀工艺为:电极反接，刷镀电压10-12V，刷镀时间20-40S，以相对速度6-24m/min在工件上单向刷镀，刷镀完毕后用蒸馏水清洗。
[0018]所述的步骤(4)在基体表面电刷镀CS-SrHA混合镀液，具体步骤包括:
在经基体预处理后的基体上刷镀CS-SrHA镀液，刷镀时工艺条件为电极正接，先用16-18V电压闪击刷镀5-10S，然后在刷镀电压11-14V下，刷镀时间60S以上，以相对速度6m/min-1 lm/min单向刷镀，刷镀液CS-SrHA镀液PH值为3.7-6.9;刷镀完毕后的基体用蒸馏水清洗。
[0019]所述基体为Ti6AUV钛合金基体。
[0020]涂层的检测:SBF模拟体液浸泡，具体是:
①SBF溶液的化学组成及药品加入量
SBF溶液包括以下组份:NaCl 6.6674-6.6683g/1000ml，NaHCO3 2.2679-2.2682g/1000ml,KCl 0.2235-0.2238g/1000ml,K2HPO4.3H20 0.2281-0.2284g/1000ml，MgCl2.6H2O0.3058-0.3061g/1000ml，CaCl2 0.2270-0.2273g/1000ml,Na2SO4 0.0709-0.0712g/1000ml，余量为水；
按照所述用量依次将NaCUNaHCO3、KC1、K2HP04.3H20、MgCl2.6H20、CaCl2、Na2S04溶于去离子水中，然后加入盐酸和三羟甲基氨基甲烷得溶液Z，接着将配置的溶液Z的PH调至7.4，最后将涂层在SBF模拟液中浸泡7天，观察表面形貌。
[0021]所述的盐酸在溶液Z中含量为40ml/1000ml，所述三羟甲基氨基甲烷在溶液Z中含量为6.057g/1000ml。
[0022]I: I氨水指的是浓氨水(S卩市售浓氨水，含氨28%?29%)与水以体积比为1:1混合配制的溶液
氨水体积比2:1的溶液:是浓氨水(S卩市售浓氨水，含氨28%?29%)与水以体积比为2:1混合配制的溶液
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是:本发明的涂层结构为基体/ CS-SrHA，本发明涂层结合了壳聚糖的柔性和韧性，羟基磷灰石的强度和硬度，得到了生物活性与金属材料的良好匹配。利用电刷镀技术，制备的涂层能够大幅缩短制备时间，提高生产效率降低了时间成本。涂层刷镀完毕模拟体液浸泡，既可以观察涂层的形貌变化，又可以通过类仿生技术使涂层的成骨纤维性大大提高。
【具体实施方式】
[0023]
针对目前HA涂层在人体中分解过快，容易造成大片坍塌使得植入体内的材料很快失效;涂层与基体结合力不高;骨质细胞不易增殖等一系列问题。本发明提供一种CS-SrHA生物活性涂层的制备方法。
[0024]NH4H2PO4百灵威科技有限公司，ACS级试剂CAS N0.: 7722-76-1 Ca(NO3)2MH2O国药集团化学试剂有限公司，AR CAS N0.: 13477-34-4 Sr(NO3)2上海西陇生化科技有限公司，AR CAS N0.: 10042-76-9 壳聚糖:国药集团化学试剂有限公司，CAS N0.: 9012-76-4
柠檬酸:CAS N0.:77-92-9上海西陇生化科技有限公司，AR 硫酸铵:CAS N0.:7783-20-2国药集团化学试剂有限公司，AR
冰乙酸:无水乙酸，有机化合物。其在低温时凝固成冰状，俗称冰醋酸，国药集团化学试剂有限公司，=CAS N0.: 64-19-7
硼酸国药集团化学试剂有限公司CAS N0.:11113-50-1，固体
十二烷基磺酸钠CAS N0.:151-21-3国药集团化学试剂有限公司，CP
次亚磷酸钠NaH2PO2: CAS N0.7681_51-0国药集团化学试剂有限公司，AR
丙酮:CAS N0.:67-64-1天皓化工集团，分析纯
磷酸三钠:国药集团化学试剂有限公司，CP CAS N0.=7601-54-9
碳酸钠:国药集团化学试剂有限公司CAS N0.: 479-19-8
乙酸CAS N0.:72196-32-8:斯百全化学有限公司
三羟甲基氨基甲烷:CAS N0.: 77-86-1，斯百全化学有限公司
K2HPO4.3H20国药集团化学试剂有限公司，CP CAS No16788-57-1
MgCl2.6H20国药集团化学试剂有限公司，AR CAS N0.: 7791-18-6
CaCl2国药集团化学试剂有限公司，CP CAS N0.: 10043-52-4
Na2SO4国药集团化学试剂有限公司，AR CAS N0.:7757-82-6
KCl国药集团化学试剂有限公司，CAS N0.=7447-40-7
NaHCO3上海阿拉丁生化科技股份有限公司，CAS N0.: 144-55-8
2号活化液为盐酸型青岛鹏旭达电子设备有限公司(临沂瑞泰表面技术有限公司)
3号活化液为柠檬酸型青岛鹏旭达电子设备有限公司(临沂瑞泰表面技术有限公司)
硼酸溶液自配质量浓度30%，即4.85moI硼酸溶于700ml水中。
[0025]实施例1
生物活性涂层的制备方法，具体步骤包括:
(I)均相共沉淀-水热法制备SrHA粉末；
A、选用ΝΗ4Η2Ρ04作为含磷原料，Ca(NO3)2.4H20、Sr(N03)2作为金属离子源;将98.5g的Ca(NO3)2.4H20和80.2g的Sr(NO3)2溶于500ml去离子水中配置成混合溶液一；
B、将54.7gNH4H2P04溶于500ml去离子水中充分搅拌，得到溶液二，并将溶液二在磁力搅拌状态下缓慢滴入混合溶液一中，得到溶液三，所述溶液三最后摩尔数比为(Ca+Sr)/P=1.67;摩尔数比(0&+50外=1.67即溶液三种的0&2+和Sr2+的摩尔数之和是磷酸二氢根离子的摩尔数的1.67倍；
C、利用1:1氨水调节溶液三的PH值为9，待PH稳定后，持续在万能磁力搅拌机下搅拌5h，然后室温静置24h，得溶液四；
D、将静置过的溶液四转入120°C的高压釜中水热处理I Oh，得溶液五；
E、倒出D步骤中的溶液五静置冷却至室温进行抽滤、洗涤3次后，滤渣放入100°C干燥箱内干燥24h后研磨，然后用400目筛子过筛最终得到SrHA粉末。
[0026](2)CS_SrHA 镀液的配置:
a、量取壳聚糖CS36.5g，冰乙酸1ml放入350ml蒸馏水中混合搅拌配制成混合溶液a;
b、取柠檬酸30g，硫酸铵20g，加入10ml蒸馏水搅拌均匀，用氨水体积比2:1的溶液调节PH值为2.4，配置成复合络合剂；
C、取20ml硼酸溶液作为缓冲剂，加入步骤b配置的复合络合剂搅拌均匀，然后将步骤a配置的混合溶液a缓慢倒入，均匀混合得溶液b，硼酸溶液的质量浓度为30%;
d、取0.2g十二烷基磺酸钠作为表面活性剂倒入步骤c得到的溶液b中混合均匀，得溶液
c；
e、向步骤d配置的溶液c中加入24g次亚磷酸钠NaH2PO2搅拌15分钟，然后加入SrHA粉末80g，加热至50°C并继续搅拌30min后，冷却调节溶液pH值为4.5，得到CS-SrHA镀液;壳聚糖在CS-SrHA镀液中的质量分数为5%，SrHA在CS-SrHA镀液中的质量分数为11.0%，ρΗ值用盐酸与氨水体积比2:1的溶液调节。
[0027](3)基体表面预处理；
①化学除污处理:将Ti6Al4V钛合金基体用去离子水清洗干净，烘干置于试样盘中，用脱脂棉蘸取丙酮擦拭施镀表面后，再用去离子水冲洗，烘干，待镀；
②净处理:
在Ti6A14V钛合金基体上刷镀电净液，刷镀工艺为:电极正接，刷镀电压10V，刷镀时间20S，以相对速度14m/min在工件上单向刷镀，刷镀完毕后用蒸馏水清洗；
电净液包括以下组分:氢氧化钠30g/L磷酸三钠60g/L碳酸钠25g/L，乙酸0.2g/L、次亚磷酸钠0.2g/L，氯化钠2.9g/L，余量为水;电净液的PH值为11;
③活化处理:在步骤②经过电净处理后的Ti6A14V钛合金基体上先刷镀2号活化液，然后刷镀3号活化液，
刷镀2号活化液刷镀工艺为:电极反接，刷镀电压10V，刷镀时间30 S，以相对速度14m/min在工件上单向刷镀，刷镀完毕后用蒸馏水清洗；
刷镀3号活化液刷镀工艺为:电极反接，刷镀电压10V，刷镀时间30 S，以相对速度14m/min在工件上单向刷镀，刷镀完毕后用蒸馏水清洗。
[0028](4 )在基体表面电刷镀CS-SrHA镀液；
在经基体预处理后的Ti6A14V钛合金基体上刷镀CS-SrHA镀液，刷镀时工艺条件为电极正接，先用16V电压闪击刷镀5S，然后在刷镀电压12 V下，刷镀时间120S，以相对速度I Im/min单向刷镀，刷镀完毕后的基体用蒸馏水清洗。
[0029](5)SBF模拟体液浸泡，体液的成分不变，控制涂层在体液中的浸泡时间，检测涂层的性能。
[0030]①SBF溶液的化学组成及药品加入量
NaCl 6.6677g/1000ml,NaHCO3 2.2681g/1000ml，KC1 0.2235g/1000ml,K2HPO4.3H200.2282/1000ml,MgCl2.6H2O 0.3061g/1000ml,CaCl2 0.2273g/1000ml,Na2SO4 0.0711g/1000ml，余量为水；
按照所述用量依次将NaCUNaHCO3、KC1、K2HP04.3H20、MgCl2.6H20、CaCl2、Na2S04溶于去离子水中，然后加入盐酸和三羟甲基氨基甲烷得溶液Z，接着将配置的溶液Z的PH调至
7.4，最后将涂层在SBF模拟液中浸泡7天，观察表面形貌。盐酸在溶液Z中含量为40ml/1000ml，三羟甲基氨基甲烷在溶液Z中含量为6.057g/1000ml。
[0031 ]结果:XRD分析涂层物相结构，Ti，SrHA衍射峰尖锐，CS衍射峰弥散宽化。模拟体液中浸泡后SEM观察涂层表面呈蜂窝麻面，涂层在模拟体液中浸泡前表面有微裂纹，浸泡后裂纹消失，并且生成一层新的致密层伴随大量沉积物。其EDS结果显示为Ca、P、0组成。截面SEM表明涂层与基体结合紧密；涂层厚度约为9μπι，采用划痕法测试涂层和基体的结合力为80.3MPa0
[0032]实施例2
生物活性涂层的制备方法，具体步骤包括:
(I)均相共沉淀-水热法制备SrHA粉末；
A、选用ΝΗ4Η2Ρ04作为含磷原料，Ca(NO3)2.4H20、Sr(N03)2作为金属离子源;将157.6g的Ca(NO3)2.4H20和128.2g的Sr(NO3)2溶于500ml去离子水中配置成混合溶液一；
B、将87.6gNH4H2PO4溶于500ml去离子水中充分搅拌，得到溶液二，并将溶液二在磁力搅拌状态下缓慢滴入混合溶液一中，得到溶液三，所述溶液三最后摩尔数比为(Ca+Sr)/P=1.67；
C、利用1:1氨水调节溶液三的PH值为10，待PH稳定后，持续在万能磁力搅拌机下搅拌3h，然后室温静置12h，得溶液四；
D、将静置过的溶液四转入150°C的高压釜中水热处理5h，得溶液五；
E、倒出D步骤中的溶液五静置冷却至室温进行抽滤、洗涤2次后，滤渣放入1200C干燥箱内干燥24h后研磨，然后用400目筛子过筛最终得到SrHA粉末。
[0033](2)CS_SrHA 镀液的配置:
a、量取壳聚糖CS67 g，冰乙酸12 ml放入300ml蒸馏水中混合搅拌配制成混合溶液a;
b、取柠檬酸43g，硫酸铵31g，加入135ml蒸馏水搅拌均匀，用氨水体积比2:1的溶液调节PH值为2.2，配置成复合络合剂； C、取27ml硼酸溶液作为缓冲剂，加入步骤b配置的复合络合剂搅拌均匀，然后将步骤a配置的混合溶液a缓慢倒入，均匀混合得溶液b;
(1、取0.3 g十二烷基磺酸钠作为表面活性剂倒入步骤c得到的溶液b中混合均匀，得溶液c;
e、向步骤d配置的溶液c中加入32 g次亚磷酸钠NaH2PO2搅拌5分钟，然后加入SrHA粉末124g，加热至30 °C并继续搅拌30min后，冷却后调整pH值为5.2得到CS-SrHA镀液;壳聚糖在CS-SrHA镀液中的质量分数为7.9%，SrHA在CS-SrHA镀液中的质量分数为14.6%，CS-SrHA镀液的pH值用盐酸与氨水体积比2:1的溶液调节。
[0034](3)基体表面预处理；
①化学除污处理:将Ti6Al4V钛合金基体用去离子水清洗干净，烘干置于试样盘中，用脱脂棉蘸取丙酮擦拭施镀表面后，再用去离子水冲洗，烘干，待镀；
①净处理:
在Ti6A14V钛合金基体上刷镀电净液，刷镀工艺为:电极正接，刷镀电压10V，刷镀时间20S，以相对速度14m/min在工件上单向刷镀，刷镀完毕后用蒸馏水清洗；
电净液包括以下组分:氢氧化钠30g/L磷酸三钠60g/L碳酸钠25g/L，乙酸0.2g/L、次亚磷酸钠0.2g/L，氯化钠2.9g/L，余量为水;电净液的PH值为11;
③活化处理:在步骤②经过电净处理后的Ti6A14V钛合金基体上先刷镀2号活化液，然后刷镀3号活化液，
刷镀2号活化液刷镀工艺为:电极反接，刷镀电压10V，刷镀时间30 S，以相对速度14m/min在工件上单向刷镀，刷镀完毕后用蒸馏水清洗；
刷镀3号活化液刷镀工艺为:电极反接，刷镀电压10V，刷镀时间30 S，以相对速度14m/min在工件上单向刷镀，刷镀完毕后用蒸馏水清洗。
[0035](4 )在基体表面电刷镀CS-SrHA镀液；
在经基体预处理后的Ti6A14V钛合金基体上刷镀CS-SrHA镀液，刷镀时工艺条件为电极正接，先用16V电压闪击刷镀10S，然后在刷镀电压12 V下，刷镀时间300S以相对速度I Im/min单向刷镀，刷镀液CS-SrHA镀液PH值为5.2;刷镀完毕后的基体用蒸馏水清洗。
[0036](5)SBF模拟体液浸泡，体液的成分不变，控制涂层在体液中的浸泡时间，检测涂层的性能。
[0037]①SBF溶液的化学组成及药品加入量
NaCl 6.6677g/1000ml,NaHCO3 2.2681g/1000ml，KC1 0.2235g/1000ml,K2HPO4.3H200.2282/1000ml,MgCl2.6H2O 0.3061g/1000ml,CaCl2 0.2273g/1000ml,Na2SO4 0.0711g/1000ml，余量为水；
按药品的给出顺序及用量溶于去离子水中，并用盐酸和三羟甲基氨基甲烷作为缓冲溶液，将配置溶液PH调至7.4，与人体血液接近。然后将涂层在SBF模拟液中浸泡7天，观察表面形貌。盐酸在溶液Z中含量为40ml/1000ml，三羟甲基氨基甲烷在溶液Z中含量为6.057g/100ml0
[0038]结果:XRD分析涂层物相结构，Ti，SrHA衍射峰尖锐，CS衍射峰弥散宽化，有少量T12衍射峰。模拟体液中浸泡后SEM观察涂层表面呈蜂窝麻面，随着SrHA含量的增大，涂层在模拟体液中浸泡前表面有明显裂纹，浸泡后裂纹消失，并且生成一层新的致密层伴随大量树枝状沉积物。其EDS结果显示为Ca、P、0组成。截面SEM表明涂层与基体结合紧密;涂层厚度约为13μπι，采用划痕法测试涂层和基体的结合力为101.7MPa。
[0039]实施例3
生物活性涂层的制备方法，具体步骤包括:
(I)均相共沉淀-水热法制备SrHA粉末；
A、选用ΝΗ4Η2Ρ04作为含磷原料，Ca(NO3)2.4H20、Sr(N03)2作为金属离子源;将118.0g的Ca(N03)2.4H2O和96.(^的51'(1'103)2溶于5001111去离子水中配置成混合溶液一；
B、将65.6gNH4H2P04溶于500ml去离子水中充分搅拌，得到溶液二，并将溶液二在磁力搅拌状态下缓慢滴入混合溶液一中，得到溶液三，所述溶液三最后摩尔数比为(Ca+Sr)/P=1.67；
C、利用1:1氨水调节溶液三的PH值为10，待PH稳定后，持续在万能磁力搅拌机下搅拌5h，然后室温静置20h，得溶液四；
D、将静置过的溶液四转入130°C的高压釜中水热处理7h，得溶液五；
E、倒出D步骤中的溶液五静置冷却至室温进行抽滤、洗涤3次后，滤渣放入100°C干燥箱干燥24h后研磨，然后用400目筛子过筛最终得到SrHA粉末。
[0040](2)CS_SrHA 镀液的配置:
a、量取壳聚糖CS94.5g，冰乙酸15ml放入200ml蒸馏水中混合搅拌配制成混合溶液a;
b、取柠檬酸60g，硫酸铵40g，加入220ml蒸馏水搅拌均匀，用氨水体积比2:1的溶液调节PH值为2.5，配置成复合络合剂；
C、取30ml硼酸溶液作为缓冲剂，加入步骤b配置的复合络合剂搅拌均匀，然后将步骤a配置的混合溶液a缓慢倒入，均匀混合得溶液b;
d、取0.5g十二烷基磺酸钠作为表面活性剂倒入步骤c得到的溶液b中混合均匀，得溶液
c；
e、向步骤d配置的溶液c中加入40g次亚磷酸钠NaH2PO2搅拌15分钟，然后加入SrHA粉末150g，加热至30°C并继续搅拌15min后，冷却后调节pH值为6.1得到CS-SrHA镀液;壳聚糖在CS-SrHA镀液中的质量分数为10%，SrHA在CS-SrHA镀液中的质量分数为15.9%，CS-SrHA镀液的pH值用盐酸与氨水体积比2:1的溶液调节。
[0041 ] (3)基体表面预处理；
①化学除污处理:将Ti6Al4V钛合金基体用去离子水清洗干净，烘干置于试样盘中，用脱脂棉蘸取丙酮擦拭施镀表面后，再用去离子水冲洗，烘干，待镀；
②净处理:
在Ti6A14V钛合金基体上刷镀电净液，刷镀工艺为:电极正接，刷镀电压10V，刷镀时间20S，以相对速度14m/min在工件上单向刷镀，刷镀完毕后用蒸馏水清洗；
电净液包括以下组分:氢氧化钠30g/L磷酸三钠-60g/L碳酸钠25g/L，乙酸0.2g/L、次亚磷酸钠0.2g/L，氯化钠2.9g/L，余量为水;电净液的PH值为11;
③活化处理:在步骤②经过电净处理后的Ti6A14V钛合金基体上先刷镀2号活化液，然后刷镀3号活化液，
刷镀2号活化液刷镀工艺为:电极反接，刷镀电压12V，刷镀时间30 S，以相对速度14m/min在工件上单向刷镀，刷镀完毕后用蒸馏水清洗； 刷镀3号活化液刷镀工艺为:电极反接，刷镀电压12V，刷镀时间30 S，以相对速度14m/min在工件上单向刷镀，刷镀完毕后用蒸馏水清洗。
[0042](4)在基体表面电刷镀CS-SrHA镀液；
在经基体预处理后的Ti6A14V钛合金基体上刷镀CS-SrHA镀液，刷镀时工艺条件为电极正接，先用16V电压闪击刷镀5S，然后在刷镀电压12V下，刷镀时间300S，以相对速度llm/min单向刷镀，刷镀液CS-SrHA镀液PH值为6.1;刷镀完毕后的基体用蒸馏水清洗。
[0043](5)SBF模拟体液浸泡，体液的成分不变，控制涂层在体液中的浸泡时间，检测涂层的性能。
[0044]①SBF溶液的化学组成及药品加入量
NaC16.6677g/1000ml,NaHCO3 2.2681g/1000ml，KC1 0.2235g/1000ml,K2HPO4.3H200.2282g/1000ml,MgCl2.6H2O 0.3061g/1000ml,CaCl2 0.2273g/1000ml,Na2SO4 0.0711g/1000ml，余量为水；
按药品的给出顺序及用量溶于去离子水中，并加入盐酸和三羟甲基氨基甲烷作为缓冲，将配置的溶液PH调至7.4，与人体血液接近。然后将涂层在SBF模拟液中浸泡7天，观察表面形貌。盐酸在溶液Z中含量为40ml/1000ml，三羟甲基氨基甲烷在溶液Z中含量为6.057g/1000ml ο
[0045]结果:XRD分析涂层物相结构，Ti，SrHA衍射峰尖锐，CS衍射峰弥散宽化，有T12和TCP相生成。模拟体液中浸泡后SEM观察涂层表面呈蜂窝麻面，随着SrHA含量的增大，涂层在模拟体液中浸泡前表面有明显裂纹和粒子团聚现象，浸泡后裂纹消失，并且生成一层新的致密层伴随大量树枝状沉积物。其EDS结果显示为Ca、P、0组成。截面SEM表明涂层与基体结合紧密;涂层厚度约为14μπι，采用划痕法测试涂层和基体的结合力为83.4MPa。
[0046]对比例I
等离子喷涂方法制备HA生物活性涂层，基本步骤:以等离子焰流为热源，利用等离子枪产生的等离子流将粉末加热和加速，在熔融或接近熔融状态下喷向基体表面形成涂层。等离子喷涂为线性工艺，很难在复杂的工件表面制备理想涂层;制备过程中问题高，HA和钛合金基体热膨胀系数相差大，冷却时会有很大残余应力;等离子喷涂过程中HA易发生分解。
[0047]对比于等离子喷涂方法制备HA生物活性涂层，电刷镀更具柔性。等离子喷涂为线性工艺，很难在复杂工件表面制备理想涂层，而电刷镀可以适应各种钛合金关节骨表面生物涂层的镀覆。虽然等离子喷涂后的HA涂层与基体的结合力比电刷镀工艺制备的涂层基体结合力大500MPa左右，但制备温度过高，在HA和钛合金基体膨胀系数相差大的情况下，冷却时会留有残余应力，HA也会因为中间温度过高而分解，导致涂层失效。电刷镀工艺下制备温度才100多度，而且伴随着大量的镀液不断冲刷工件表面温度得以保证。
[0048]对比例2
矿化仿生法制备FHA-SrHA涂层，基本步骤:在低温状态下，将钛合金放入模拟矿化体液中，自然生长6-8周。此法制得的涂层虽然生物相容性最好，但工艺周期漫长，一般I至2个月涂层厚度在几个um厚。用仿生法制备的FHA-SrHA涂层，一般涂层与基体结合力在1MPa以下，相比于仿生法制备的FHA-SrHA涂层，电刷镀方法制备的一般涂层与基体结合力能提高8至10倍。
[0049]对比例3 共沉淀法制备CS-HA涂层，将H3PO4水溶液和壳聚糖乙酸溶液配制成溶液，再滴加到Ca(OH) 2悬浮液中制备纳米羟基磷灰石CS/HA复合材料。质子化的壳聚糖在Ca (0Η) 2溶液中沉析，同时H3PO4和Ca(OH)2发生反应，即二者共同沉淀。对比于电刷镀CS-HA涂层，此法在利用电沉积配置镀液时会产生粒子团聚。粒子团聚在合成过程中涂层表面就会有坑蚀，使用时会产生应力集中致使材料加工工艺困难，使用寿命缩短。
[0050]以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种生物活性涂层，其特征在于，所述的涂层结构为基体/CS-SrHA。2.根据权利要求1所述的生物活性涂层，其特征在于，所述的涂层结构为Ti6Al4V/CS-SrHA。3.根据权利要求1或2所述的生物活性涂层的制备方法，其特征在于，具体步骤包括: (1)均相共沉淀-水热法制备SrHA粉末； (2)CS-SrHA镀液的配置； (3)基体表面预处理； (4 )在基体表面电刷镀CS-SrHA镀液； (5)SBF模拟体液浸泡。4.根据权利要求1-3任一所述的制备方法，其特征在于，所述的步骤(I)均相共沉淀-水热法制备SrHA粉末，具体步骤包括: A、将94.4g-177.0g的Ca(NO3)2.4出0和76.88-144.(^的34勵3)2溶于5001111去离子水中配置成混合溶液一； B、将46.0g-92.0gNH4H2PO4溶于500ml去离子水中充分搅拌，得到溶液二，并将溶液二在磁力搅拌状态下缓慢滴入混合溶液一中，得到溶液三，所述溶液三最后摩尔数比为(Ca+Sr)/P=1.67； C、利用1:1氨水调节溶液三的pH值为9-10，待pH稳定后，持续在万能磁力搅拌机下搅拌3-5h，然后室温静置12-24h，得溶液四； D、将溶液四转入120-150°C的高压釜中水热处理5-1 Oh，得溶液五； EjgjaD步骤中的溶液五静置冷却至室温进行抽滤、洗涤2-3次后，滤渣放入100-120°C干燥箱内干燥24h后研磨，然后过筛，收集通过400目筛的粉末最终得到SrHA粉末。5.根据权利要求1-4任一所述的制备方法，其特征是，所述的步骤(2)CS-SrHA镀液的配置，具体步骤包括: a、量取壳聚糖CS 36.5-94.58，冰乙酸10-151111放入200-3501111蒸馏水中混合搅拌配制成混合溶液a; 13、取柠檬酸30-6(^，硫酸铵20-4(^，加入100-2501111蒸馏水搅拌均匀，用氨水体积比2:1的溶液调节PH值为2.2-2.5，配置成复合络合剂； C、取20-30ml硼酸溶液作为缓冲剂，加入步骤b配置的复合络合剂搅拌均匀，然后将步骤a配置的混合溶液a缓慢倒入，均匀混合得溶液b，所述硼酸溶液质量浓度为30%; d、取0.2-0.5g十二烷基磺酸钠作为表面活性剂倒入步骤c得到的溶液b中混合均匀，得溶液c; e、向步骤d配置的溶液c中加入24-40g次亚磷酸钠似!12?02搅拌5-15分钟，然后加入SrHA粉末80-150g，加热至30-50°C并继续搅拌15-30min后得到溶液d，溶液d冷却后调节pH值为3.7-6.9，得到CS-SrHA镀液;壳聚糖在CS-SrHA镀液中的质量分数为5%_10%，SrHA在CS-SrHA镀液中的质量分数为9%-16%，CS-SrHA镀液的pH值用盐酸与氨水体积比2:1的溶液调-K-T O6.根据权利要求1-5任一所述的制备方法，其特征是，所述的步骤(3)基体预处理，具体步骤包括: ①化学除污处理:将基体用去离子水清洗干净，烘干置于试样盘中，用脱脂棉蘸取丙酮擦拭施镀表面后，再用去离子水冲洗，烘干，待镀； ②电净处理: 在经化学除污处理后的基体上刷镀电净液，刷镀工艺为:电极正接，刷镀电压10-12V，刷镀时间20-40S，以相对速度6-24m/min在工件上单向刷镀，刷镀完毕后用蒸馏水清洗； 电净液包括以下组分:氢氧化钠20-30g/L、磷酸三钠40-60g/L、碳酸钠20-25g/L、乙酸0.2-0.5g/L、次亚磷酸钠0.2-0.5g/L，氯化钠1.8-2.9g/L，余量为水；电净液的PH值为11-13； ③活化处理:在步骤②经过电净处理后的基体上先刷镀2号活化液，然后刷镀3号活化液， 刷镀2号活化液刷镀工艺为:电极反接，刷镀电压10-12V，刷镀时间20-40S，以相对速度6-24m/min在工件上单向刷镀，刷镀完毕后用蒸馏水清洗； 届權3号活化液刷镀工艺为:电极反接，刷镀电压10-12V，刷镀时间20-40S，以相对速度6-24m/min在工件上单向刷镀，刷镀完毕后用蒸馏水清洗。7.根据权利要求1-6任一所述的制备方法，其特征是，所述的步骤(4)在基体表面电刷镀CS-SrHA混合镀液，具体步骤包括: 在经基体预处理后的基体上刷镀CS-SrHA镀液，刷镀时工艺条件为电极正接，先用16-18V电压闪击刷镀5-10S，然后在刷镀电压11-14V下，刷镀时间60S以上，以相对速度6m/min-llm/min单向刷镀;刷镀完毕后的基体用蒸馏水清洗。8.根据权利要求1-7任一所述的制备方法，其特征是，所述基体为Ti6Al4V钛合金基体。9.根据权利要求1-8任一所述的制备方法，其特征是，所述的步骤(5)SBF模拟体液浸泡，具体步骤包括: SBF溶液包括以下组份:NaCl 6.6674-6.6683g/1000mUNaHC03 2.2679-2.2682g/100mUKCl 0.2235-0.2238g/1000ml ^K2HPO4.3H20 0.2281-0.2284g/1000ml、MgCl2.6H2O0.3058-0.3061g/1000ml、CaCl2 0.2270-0.2273g/1000ml、Na2S04 0.0709-0.0712g/1000ml，余量为水； 按照所述用量依次将NaCl、NaHC03、KCl、K2HP04.3H20、MgCl2.6H20、CaCl2、Na2S04溶于去离子水中，然后加入盐酸和三羟甲基氨基甲烷得溶液Z，接着将配置的溶液Z的PH调至7.4，最后将涂层在SBF模拟液中浸泡7天。10.根据权利要求1-9任一所述的制备方法，其特征是，所述的盐酸在溶液Z中含量为40ml/1000ml，所述三羟甲基氨基甲烷在溶液Z中含量为6.057g/1000ml。
【文档编号】A61L27/32GK105862095SQ201610387046
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年6月2日
【发明人】周宏明, 胡海波, 刘亚雄, 胡雪仪
【申请人】中南大学