一種具有骨誘導(dǎo)和抗菌性能的導(dǎo)電涂層的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種具有骨誘導(dǎo)和抗菌性能的導(dǎo)電涂層的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]通過電刺激修復(fù)機(jī)體功能的電治療方法已被廣泛應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)。在組織工程中也可以通過電刺激的電治療方法來誘導(dǎo)干細(xì)胞分化，修復(fù)特定組織。
[0003]電治療時(shí)，在組織工程中植入人體的骨植入材料的基體，主要有鈦及其合金、不銹鋼等，一方面起支撐作用；另一方面這些金屬基體導(dǎo)電，方便通入特定的電壓電流對(duì)特定部位進(jìn)行電刺激，誘導(dǎo)干細(xì)胞分化，促進(jìn)組織的修復(fù)。
[0004]雖然，鈦及其合金、不銹鋼的導(dǎo)電性和力學(xué)性能好，但其生物相容性差。一般在其表面制備一層羥基磷灰石涂層，能夠改善其生物相容性和骨誘導(dǎo)性，但卻降低了材料表面的導(dǎo)電性。
[0005]另一方面，植入材料在手術(shù)過程中存在細(xì)菌感染。可通過電化學(xué)沉積在鈦表面共沉積羥基磷灰石和抗菌金屬加以解決。但金屬的導(dǎo)電性遠(yuǎn)優(yōu)于其他離子，使其沉積速度更快，會(huì)在涂層上出現(xiàn)團(tuán)聚而對(duì)細(xì)胞產(chǎn)生毒性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種具有骨誘導(dǎo)和抗菌性能的導(dǎo)電涂層的制備方法，該方法制備的導(dǎo)電涂層在保持良好的導(dǎo)電性的同時(shí)，還具有良好的生物相容性和抗菌性。
[0007]本發(fā)明實(shí)現(xiàn)其發(fā)明目的所采用的技術(shù)方案是，一種具有骨誘導(dǎo)和抗菌性能的導(dǎo)電涂層的制備方法，包括如下步驟:
[0008]A、將生物醫(yī)用金屬進(jìn)行丙酮超聲處理后，備用；所述的生物醫(yī)用金屬為純鈦，鈦合金或不銹鋼；
[0009]B、用鈣鹽、磷酸鹽、能夠產(chǎn)生抗菌金屬單質(zhì)的金屬鹽和可電聚合的聚合物單體配置成電解液；電解液中鈣鹽、磷酸鹽、金屬鹽和聚合物單體的濃度分別為10mmol/L、6mmol/L、0.3 ?0.5mmol/L、0.1 ?0.3mmol/L ；
[0010]C、將B步的電解液加入電解槽中，以飽和甘汞電極為參比電極，鉑金片為對(duì)電極，A步的生物醫(yī)用金屬為工作電極，形成三電極電化學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行脈沖電化學(xué)沉積10-100次；所述的脈沖電化學(xué)沉積時(shí)的脈沖參數(shù)為:第一脈沖的電位為0.5?2V，脈寬為100?500s ；第二脈沖的電位為-3?-0.5V，脈寬為900?1800s ；
[0011]本發(fā)明方法的反應(yīng)機(jī)理是:
[0012]脈沖電化學(xué)沉積過程中，每次循環(huán)包括兩次脈沖，可電聚合的聚合物單體在每次的正電壓第一脈沖作用下，先聚合成納米顆粒，然后在工作電極表面聚集成一層聚合物涂層。其中，聚合物納米顆粒富含可以與周圍的鈣/磷酸根離子反應(yīng)的功能基團(tuán)(如羥基，氨基等)，形成羥基磷灰石成核的球形模板；在交替的負(fù)電壓的第二脈沖作用下，電解液中的鈣/磷酸根離子沉積在球形模板上生成羥基磷灰石；同時(shí)聚合物分子螯合抗菌金屬單質(zhì)的離子，阻止其團(tuán)聚；自組裝成一層羥基磷灰石納米顆粒\抗菌金屬納米顆粒復(fù)合涂層；一次脈沖電化學(xué)沉積即自組裝一層導(dǎo)電聚合物\羥基磷灰石納米顆粒\抗菌金屬納米顆粒復(fù)合涂層，最后在工作電極表面層層自組裝形成致密的復(fù)合導(dǎo)電涂層。
[0013]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
[0014]—、利用電化學(xué)驅(qū)動(dòng)層層自組裝技術(shù)，交替在生物醫(yī)用金屬表面沉積導(dǎo)電聚合物薄膜、羥基磷灰石納米顆粒和抗菌金屬納米顆粒，具有良好生物相容性的羥基磷灰石附著在涂層上，使其生物相容性好；同時(shí)聚合物薄膜為可電聚合的聚合物單體聚合形成，具有良好的導(dǎo)電性，抗菌金屬單質(zhì)也具有良好的導(dǎo)電性，整個(gè)涂層的導(dǎo)電性良好。
[0015]二、通過可電聚合的聚合物分子對(duì)抗菌金屬的層層螯合，提高了抗菌金屬單質(zhì)在導(dǎo)電涂層上的分散性，既提高了其抗菌性能，又避免了因抗菌金屬的團(tuán)聚而導(dǎo)致的生物毒性。
[0016]三、整個(gè)制備工藝在常溫液相中進(jìn)行不涉及高溫高壓反應(yīng)，也不涉及前期羥基磷灰石和抗菌金屬粉末細(xì)化步驟，其工藝簡(jiǎn)單易行，制備周期短，制備成本低。
[0017]進(jìn)一步，本發(fā)明的磷酸鹽為磷酸氫二氨、磷酸氫二鉀或磷酸氫二鈉。
[0018]進(jìn)一步，本發(fā)明的的鈣鹽為氯化鈣或硝酸鈣。
[0019]進(jìn)一步，本發(fā)明的可電聚合的聚合物單體為吡咯、噻吩或苯胺。
[0020]進(jìn)一步，本發(fā)明的能夠產(chǎn)生抗菌金屬單質(zhì)的金屬鹽為硝酸銀、氯化鋅或氯化銅。
[0021]下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。
【具體實(shí)施方式】
[0022]實(shí)施例1
[0023]—種具有骨誘導(dǎo)和抗菌性能的導(dǎo)電涂層的制備方法，包括如下步驟:
[0024]A、將純鈦進(jìn)行丙酮超聲處理后，備用；
[0025]B、用硝酸鈣(鈣鹽)、磷酸氫二氨(磷酸鹽)、硝酸銀(能夠產(chǎn)生抗菌金屬單質(zhì)的金屬鹽)和吡咯(可電聚合的聚合物單體)配置成電解液；電解液中硝酸鈣、磷酸氫二氨、硝酸銀、卩比略的濃度分別為 10mmol/L、6mmol/L、0.3mmol/L、0.lmmol/L ；
[0026]C、將B步的電解液加入電解槽中，以飽和甘汞電極為參比電極，鉑金片為對(duì)電極，A步的純鈦為工作電極，形成三電極電化學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行脈沖電化學(xué)沉積10次；所述的脈沖電化學(xué)沉積時(shí)的脈沖參數(shù)為:第一脈沖的電位為2V，脈寬為10s ;第二脈沖的電位為-0.5V，脈寬為900s。
[0027]實(shí)施例2
[0028]—種具有骨誘導(dǎo)和抗菌性能的導(dǎo)電涂層的制備方法，包括如下步驟:
[0029]A、將鈦合金進(jìn)行丙酮超聲處理后，備用；
[0030]B、用氯化鈣(鈣鹽)、磷酸氫二鉀(磷酸鹽)、氯化銅(能夠產(chǎn)生抗菌金屬單質(zhì)的金屬鹽)和噻吩(可電聚合的聚合物單體)配置成電解液；電解液中氯化鈣、磷酸氫二鉀、氯化銅、噻吩的濃度分別為 10mmol/L、6mmol/L、0.5mmol/L、0.3mmol/L ；
[0031]C、將B步的電解液加入電解槽中，以飽和甘汞電極為參比電極，鉑金片為對(duì)電極，A步的鈦合金為工作電極，形成三電極電化學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行脈沖電化學(xué)沉積50次；所述的脈沖電化學(xué)沉積時(shí)的脈沖參數(shù)為:第一脈沖的電位為0.5V，脈寬為200s ;第二脈沖的電位為-3V，脈寬為1000s。
[0032]實(shí)施例3
[0033]—種具有骨誘導(dǎo)和抗菌性能的導(dǎo)電涂層的制備方法，包括如下步驟:
[0034]A、將不銹鋼進(jìn)行丙酮超聲處理后，備用；
[0035]B、用硝酸鈣(鈣鹽)、磷酸氫二鈉(磷酸鹽)、氯化鋅(能夠產(chǎn)生抗菌金屬單質(zhì)的金屬鹽)和苯胺(可電聚合的聚合物單體)配置成電解液；電解液中硝酸鈣、磷酸氫二鈉、氯化鋅、苯胺的濃度分別為 10mmol/L、6mmol/L、0.46mmol/L、0.2mmol/L ；
[0036]C、將B步的電解液加入電解槽中，以飽和甘汞電極為參比電極，鉑金片為對(duì)電極，A步的不銹鋼為工作電極，形成三電極電化學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行脈沖電化學(xué)沉積100次；所述的脈沖電化學(xué)沉積時(shí)的脈沖參數(shù)為:第一脈沖的電位為IV，脈寬為500s ;第二脈沖的電位為-3V，脈寬為1800s。
[0037]實(shí)施例4
[0038]—種具有骨誘導(dǎo)和抗菌性