具有抗菌及促进骨整合功能的金属植入物及其制备方法技术

本发明专利技术涉及具有抗菌及促进骨整合功能的金属植入物及其制备方法，该方法包括(1)制备金属植入物；(2)利用微弧氧化法对金属植入物进行表面处理，在金属植入物表面覆盖含有钙磷元素的微弧氧化涂层；(3)将经步骤(2)处理后的金属植入物浸入2～5mg/mL的盐酸多巴胺溶液中，在30～45℃下恒温震荡20～24小时；(4)以去离子水或蒸馏水作为溶剂，加入肝素钠配制成浓度为1～5mg/mL的肝素钠溶液，再以肝素钠溶液作为溶剂，加入盐酸万古霉素配制成浓度为50～200μg/mL的盐酸万古霉素溶液；将经步骤(3)处理后的金属植入物浸入盐酸万古霉素溶液中，在30～45℃下恒温震荡3～12小时，制得该金属植入物。

Metal implants with antiseptic and promoting bone integration and their preparation methods

The present invention relates to antibacterial and promote metal implant osseointegration function and preparation method thereof, the method comprises (1) preparation of metal implants; (2) on the metal implant surface treatment by micro arc oxidation, covering the microarc oxidation coating containing calcium and phosphorus on the metal surface of the implant (3); the step (2) metal implants into treatment 2 ~ 5mg/mL after dopamine hydrochloride solution, in 30~45 C for 20~24 hours; (4) with deionized water or distilled water as solvent, adding sodium heparin prepared concentration is 1 ~ 5mg/ mL heparin sodium solution, with heparin sodium solution as a solvent, adding vancomycin hydrochloride prepared for vancomycin hydrochloride solution concentration of 50~200 g/mL; the step (3) after the treatment of metal implants immersed in vancomycin hydrochloride solution, in 30~45 C 3~12 small concussion At the time, the metal implants were made.

【技术实现步骤摘要】
具有抗菌及促进骨整合功能的金属植入物及其制备方法
本专利技术涉及医疗器械领域，尤其涉及一种具有抗菌及促进骨整合功能的金属植入物及其制备方法。
技术介绍
金属植入物在临床上被广泛使用，但是金属植入物表现出明显的生物惰性。目前，采用表面改性技术提高金属植入物的表面活性是进一步提高其应用效果的有效途径。目前，现有技术中公开了在金属植入物的多孔表面制备钙磷涂层的方法，可以提高其骨整合性能。但是能促进骨细胞黏附、长入的生物材料表面同样也适合细菌的定殖，尤其是3D打印多孔金属骨科植入物，虽然具有骨整合能力强以及可以个体化适配于复杂形状部位的特点，但是3D打印植入物多孔的特征使得骨与假体整合表面积大大增加，这本身也会增大感染几率。而骨科内植物相关感染是骨科手术常见并发症，往往导致骨延迟愈合甚至骨不连、内植物松动，进而造成抗生素延长使用甚至手术失败。所以，我们有必要在钙磷涂层促成骨整合的基础上进一步赋予其抗菌功能，使其有效避免骨科内植物相关感染的发生，更好地应用于临床。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题针对现有技术中的金属植入物存在着在促进骨整合的同时也会增大细菌感染几率的问题，本专利技术提供了一种即可促进骨整合又具有优异抗菌效果的金属植入物及其制备方法。(二)技术方案为了解决上述技术问题，本专利技术提供了具有抗菌及促进骨整合功能的金属植入物的制备方法，包括如下步骤：(1)制备金属植入物；(2)利用微弧氧化法对所述金属植入物进行表面处理，在所述植入物表面覆盖含有钙磷元素的微弧氧化涂层；(3)将经步骤(2)处理后的金属植入物浸入2～5mg/mL的盐酸多巴胺溶液中，在30～45℃下恒温震荡20～24小时；(4)以去离子水或蒸馏水作为溶剂，加入肝素钠溶解，配制成浓度为1～5mg/mL的肝素钠溶液，再以所述肝素钠溶液作为溶剂，加入盐酸万古霉素进行溶解，配制成浓度为50～200μg/mL的盐酸万古霉素溶液；将经步骤(3)处理后的金属植入物浸入所述盐酸万古霉素溶液中，在30～45℃下恒温震荡3～12小时，制得具有抗菌及促进骨整合功能的金属植入物。优选地，在步骤(1)中，所述金属植入物为利用3D打印技术制得的多孔金属植入物；并且所述步骤(2)中在所述多孔金属植入物的内表面和外表面均覆盖含有钙磷元素的微弧氧化涂层。优选地，在步骤(1)中，所述金属植入物为多孔钛植入物、多孔钛合金植入物、多孔镁植入物、多孔镁合金植入物中的任一种，且孔径为600～700μm。优选地，在步骤(4)中，所述盐酸万古霉素的浓度为50～100μg/mL。更优选地，在步骤(4)中，所述恒温震荡的温度为37～38℃，时间为3～6小时，转速为50～150rmp，优选为100rmp。优选地，在步骤(3)中，所述盐酸多巴胺溶液的浓度为2～3mg/mL，pH为8～10，优选为8.5；和/或所述恒温震荡的温度为37～38℃，转速为50～150rmp，优选为100rmp。优选地，在步骤(2)中，多孔金属植入物的外表面覆盖的微弧氧化涂层厚度为1.5～2.2μm，内表面覆盖的微弧氧化涂层厚度为0.8～1.3μm。优选地，所述步骤(2)按照如下方式进行：(21)将金属植入物依次用丙酮、无水乙醇和去离子水超声清洗15～20min，然后烘干；(22)以去离子水为溶剂配制碱性电解液，包括浓度为0.01～0.4mol/L的钙离子、0.01～0.2mol/L的磷酸根离子、0.02～0.2mol/L的EDTA-2Na和0.25～1mol/L的氢氧化钠，其中EDTA-2Na与钙离子的摩尔比大于0.5；(23)以步骤(21)处理后的金属植入物为阳极，以不锈钢板或不锈钢电解槽为阴极，采用磁力搅拌器搅拌碱性电解液，搅拌速度为40～60次/分钟，设置微弧氧化的脉冲电压为250v，工作频率为600Hz，占空比为10％，微弧氧化时间为2～4min；(24)将经步骤(23)处理后的金属植入物取出，采用去离子水超声清洗15～20min，烘干，完成表面处理，最终在金属植入物的表面覆盖含有钙磷元素的微弧氧化涂层。更优选地，在步骤(22)中，所述碱性电解液还包括0.01～0.1mol/L的锶盐。本专利技术还提供了一种具有抗菌及促进骨整合功能的金属植入物，采用上述制备方法制得。该植入物的表面不但具有微弧氧化涂层，从而使得该植入物能够促进骨整合，而且还通过在微弧氧化涂层的表面覆盖聚多巴胺层进行表面改性，然后以该聚多巴胺层为载体载入药物涂层，从而使得该植入物还具有优异的杀菌性能。此外，该植入物中载入的药物涂层还具有缓释作用，可对植入物周围组织血液中的细菌具有持久的杀灭能力，非常适用于自身免疫力差、患有糖尿病等易感染人群，以及由于感染翻修或者手术过程中身体其他部位存在感染的患者。(三)有益效果本专利技术的上述技术方案具有如下优点：(1)、本专利技术在具有微弧氧化涂层的金属植入物的表面载入盐酸万古霉素、肝素钠和聚多巴胺层，这几种物质之间发生三重结合作用，盐酸万古霉素被牢固地吸附固定在金属植入物表面，从而使得本专利技术提供的金属植入物表现出更强的载药能力。尤其是对于多孔金属植入物，它的内表面和外表面均载入了盐酸万古霉素、肝素钠和聚多巴胺层，通过多重结合作用，盐酸万古霉素被牢固地吸附固定在多孔金属植入物的内表面和外表面，表现出更强的载药能力，50μg/mL的载药浓度就可以有效地杀灭细菌，而传统内植物则需要更高的载药浓度才能达到相同的杀菌效果。(2)、本专利技术通过在经微弧氧化处理后的金属植入物钙磷涂层表面载入药物，使得金属植入物不但能促进骨整合，而且还可以杀灭植入物表面及周围的细菌，在较长时间内防止细菌粘附在植入物表面形成生物膜。载入内植物表面的肝素钠可以增加内植物的血液相容性，并且能促进细胞增殖与血管生成。此外，本专利技术通过微弧氧化制得的微米级孔大大增加了载药量，可对植入物周围组织血液中的细菌具有更好的杀灭能力。(3)、利用本专利技术提供的制备方法制得的金属植入物对细胞毒性低，促成骨效果良好。附图说明图1a至1c显示了实施例1制备的多孔钛合金骨科植入物表面覆盖上微弧氧化涂层和载药涂层后的外观变化，其中，图1a是进行微弧氧化之前的样品，图1b是进行微弧氧化之后但未覆盖载药涂层的样品，图1c是实施例1制备的覆盖有载药涂层的样品；图2a和2b分别为第一组对比样品与金葡菌共培养4小时后表面放大4千倍和8千倍的扫描电子显微镜图；图2c和2d分别为第二组对比样品与金葡菌共培养4小时后表面放大4千倍和8千倍的扫描电子显微镜图；图2e和2f分别为实验样品与金葡菌共培养4小时后表面放大4千倍和8千倍的扫描电子显微镜图；图3为实施例1制得的样品和两组对比样品与含金葡菌的培养基共培养4小时后用Kit-WST检测培养基内微生物活力的结果，光密度值越高，代表微生物活力越高；其中，第一组代表第一组对比样品，第二组代表第二组对比样品，第三组代表实验样品，即实施例1制得的样品；图4a至4c为实施例1制得的样品和两组对比样品与含金葡菌的培养基共培养24小时后的细菌死活染色检测结果，绿色的代表活菌，红色的代表死菌；其中4a为第一组对比样品，4b为第二组对比样品，4c为实验样品，即实施例1制得的样品；图5为实施例1制得的样品和两组对比样品与含金葡菌的培养基共培养24小时后的细菌数量检测结果；本文档来自技高网...

【技术保护点】
具有抗菌及促进骨整合功能的金属植入物的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)制备金属植入物；(2)利用微弧氧化法对所述金属植入物进行表面处理，在所述金属植入物表面覆盖含有钙磷元素的微弧氧化涂层；(3)将经步骤(2)处理后的金属植入物浸入2～5mg/mL的盐酸多巴胺溶液中，在30～45℃下恒温震荡20～24小时；(4)以去离子水或蒸馏水作为溶剂，加入肝素钠配制成浓度为1～5mg/mL的肝素钠溶液，再以所述肝素钠溶液作为溶剂，加入盐酸万古霉素，配制成浓度为50～200μg/mL的盐酸万古霉素溶液；将经步骤(3)处理后的金属植入物浸入所述盐酸万古霉素溶液中，在30～45℃下恒温震荡3～12小时，制得具有抗菌及促进骨整合功能的金属植入物。

【技术特征摘要】
1.具有抗菌及促进骨整合功能的金属植入物的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)制备金属植入物；(2)利用微弧氧化法对所述金属植入物进行表面处理，在所述金属植入物表面覆盖含有钙磷元素的微弧氧化涂层；(3)将经步骤(2)处理后的金属植入物浸入2～5mg/mL的盐酸多巴胺溶液中，在30～45℃下恒温震荡20～24小时；(4)以去离子水或蒸馏水作为溶剂，加入肝素钠配制成浓度为1～5mg/mL的肝素钠溶液，再以所述肝素钠溶液作为溶剂，加入盐酸万古霉素，配制成浓度为50～200μg/mL的盐酸万古霉素溶液；将经步骤(3)处理后的金属植入物浸入所述盐酸万古霉素溶液中，在30～45℃下恒温震荡3～12小时，制得具有抗菌及促进骨整合功能的金属植入物。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述金属植入物为利用3D打印技术制得的多孔金属植入物；并且所述步骤(2)中在所述多孔金属植入物的内表面和外表面均覆盖含有钙磷元素的微弧氧化涂层。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述金属植入物为多孔钛植入物、多孔钛合金植入物、多孔镁植入物、多孔镁合金植入物中的任一种，且孔径为600～700μm。4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，在步骤(4)中，所述盐酸万古霉素的浓度为50～100μg/mL。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，在步骤(4)中，所述恒温震荡的温度为37～38℃，时间为3～6小时，转速为50～150rmp，优选为100rmp。6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，在步骤(3)中，所述盐酸多...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘忠军，张腾，
申请(专利权)人：刘忠军，张腾，
类型：发明
国别省市：北京,11