一种微弧氧化钛表面羟基磷灰石/载药水凝胶复合涂层的制备方法技术

一种微弧氧化钛表面羟基磷灰石/载药水凝胶复合涂层的制备方法，将微弧氧化处理的钛试样浸泡于碱性溶液进行水热处理，在微弧氧化钛表面形成羟基磷灰石生物活性涂层；将铝制模板放在培养皿中，然后加入PDMS的预聚体和固化剂混合物，固化，得到PDMS模板；向壳聚糖水溶液和海藻酸钠水溶液混合中加入药物，得到载药水凝胶溶液，向载药水凝胶溶液中，加入光引发剂，然后滴在模板上，将试样放在PDMS模板上，在紫外光下固化，冷冻干燥即可。该方法通过微弧氧化和水热处理生成多孔结构和纳米棒状的复合涂层，改善植入物与骨的结合强度和生物活性。通过PDMS模板将载药的复合水凝胶负载在微弧氧化钛表面，赋予植入物涂层更多的生物功能。赋予植入物涂层更多的生物功能。

【技术实现步骤摘要】
一种微弧氧化钛表面羟基磷灰石/载药水凝胶复合涂层的制备方法


[0001]本专利技术涉及一种金属表面改性
，具体涉及一种微弧氧化钛表面羟基磷灰石/载药水凝胶复合涂层的制备方法。

技术介绍

[0002]钛及钛合金作为生物相容性良好的金属材料，在医用种植体领域有广泛的应用。但其与骨组织的结合较差，弹性模量与骨组织不匹配。并且其生物惰性限制了它的发展和应用。微弧氧化可以形成微观多孔结构的氧化层，改善植入物与骨组织的结合。羟基磷灰石成分与骨组织类似，有良好的骨诱导能力和生物活性。壳聚糖具有良好的生物相容性，生物降解性和抗菌性，常被用作医用敷料和药物缓释载体，但其力学性能较差。海藻酸钠是一种良好的生物活性材料，其水凝胶具有一定强度，且韧性较好。将海藻酸钠与壳聚糖溶液混合制备成复合水凝胶可以改善壳聚糖的力学性能，且赋予凝胶更多的生物功能。使用不同的PDMS模板将水凝胶负载在微弧氧化钛基体上，可以实现复合水凝胶的图案化区域负载，提高植入物的抗菌性和生物活性。现有技术不能增强钛植入物与骨的结合，且植入物表面生物活性较差。不能制备力学性能可控的壳聚糖水凝胶，且不能实现凝胶的可控区域化负载。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是为了解决现有技术中的问题，提供一种微弧氧化钛表面羟基磷灰石/载药水凝胶复合涂层的制备方法，该方法通过微弧氧化和水热处理生成多孔结构和纳米棒状的复合涂层，改善植入物与骨的结合强度和生物活性。通过PDMS模板将载药的复合水凝胶负载在微弧氧化钛表面，赋予植入物涂层更多的生物功能。
[0004]为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案:
[0005]一种微弧氧化钛表面羟基磷灰石/载药水凝胶复合涂层的制备方法，包括以下步骤：
[0006]1)将锂盐、钙盐、锡盐、镁盐、钾盐和钠盐中的一种或多种溶于水中形成电解液，以钛试样为阳极，以不锈钢槽体为阴极，将钛试样浸没于电解液中进行微弧氧化，在钛试样表面形成微弧氧化涂层；
[0007]2)将经步骤1)微弧氧化处理的钛试样浸泡于碱性溶液进行水热处理，在微弧氧化钛表面形成羟基磷灰石生物活性涂层；
[0008]3)将铝制模板放在培养皿中，然后加入PDMS的预聚体和固化剂混合物，固化，得到PDMS模板；
[0009]4)将壳聚糖水溶液和海藻酸钠水溶液混合，得到混合溶液，向混合溶液中加入药物，得到载药水凝胶溶液，向载药水凝胶溶液中加入光引发剂，然后滴在模板上，将试样放在PDMS模板上，在紫外光下固化，冷冻干燥，在微弧氧化钛表面形成微弧氧化钛表面羟基磷灰石/载药水凝胶复合涂层。
[0010]本专利技术进一步的改进在于，步骤1)中，微弧氧化参数如下：氧化采用脉冲电压，正压250～550V，负压0～100V，微弧氧化脉冲频率为200～800Hz，占空比为6％～30％，微弧氧化时间为5～15mim。
[0011]本专利技术进一步的改进在于，步骤1)中，钛试样为TA2、TA3、TA4工业纯钛或TC4钛合金；锂盐为磷酸锂、硅酸锂或硫酸锂，钙盐为磷酸钙、磷酸二氢钙、硅酸钙或硫酸钙，锡盐为硅酸锡、硫酸亚锡或焦磷酸亚锡，镁盐为硅酸镁、硫酸镁或磷酸镁，钾盐为硅酸钾、磷酸二氢钾或硫酸钾，钠盐为EDTA二钠、氢氧化钠、硫酸钠、磷酸三钠或硅酸钠。
[0012]本专利技术进一步的改进在于，步骤1)中，将钛试样置于0～40℃的电解液当中进行微弧氧化；电解液中锂盐、钙盐、锡盐、镁盐、钾盐或钠盐的浓度为1～15g/L。
[0013]本专利技术进一步的改进在于，步骤2)中，碱性溶液为浓度为0.01～0.1mol/L的NaOH溶液。
[0014]本专利技术进一步的改进在于，步骤2)中，水热处理的温度为80～120℃，时间为8～24h。
[0015]本专利技术进一步的改进在于，步骤3)中，铝制模板上开设有若干孔，孔径为0.2
‑
2mm，孔深为0.2
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2mm，孔的形状为方形、圆形、三角形或星形。
[0016]本专利技术进一步的改进在于，步骤4)中，壳聚糖水溶液通过以下过程制得：将壳聚糖溶于水中，逐滴加入甲基丙烯酸酐，并用碳酸氢钠溶液调节pH为8
‑
10，搅拌均匀，得到壳聚糖水溶液；壳聚糖水溶液中壳聚糖浓度为10～20g/L，甲基丙烯酸酐的加入量为壳聚糖物质的量的2～20倍。
[0017]本专利技术进一步的改进在于，步骤4)中，海藻酸钠水溶液通过以下过程制得：将海藻酸钠溶于水中，然后逐滴加入甲基丙烯酸酐，并用氢氧化钠溶液调节pH为8
‑
10，搅拌均匀，得到海藻酸钠水溶液；海藻酸钠水溶液中海藻酸钠浓度为10～20g/L，甲基丙烯酸酐的加入量为海藻酸物质的量的2～20倍。
[0018]本专利技术进一步的改进在于，步骤4)中，壳聚糖和海藻酸钠的质量比为1:10～10:1；固化时间为1
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10min；光引发剂的加入量为载药水凝胶溶液体积的0.05
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0.2％；光引发剂的型号为I2959；药物为利福平、甲磺酸帕珠沙星或姜黄素；载药水凝胶溶液中药物浓度为1～25μg/mL，紫外光通过100W紫外光灯照射实现，紫外强度为4800μW/cm2。
[0019]与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：
[0020](1)本专利技术通过微弧氧化处理，在钛表面形成了微观多孔结构的氧化层，新骨可以朝向孔洞生长，改善了植入物与骨的结合强度。
[0021](2)本专利技术采用水热法在微观多孔结构的微弧氧化钛涂层表面生长羟基磷灰石纳米棒涂层，形成具有生物活性的陶瓷涂层。
[0022](3)本专利技术通过制备不同孔径和孔深的PDMS模板，实现了微弧氧化钛表面图案和高度可控的复合微凝胶涂层。
[0023](4)本专利技术制备的壳聚糖和海藻酸钠复合水凝胶具有性能可控的优点，海藻酸钠有良好的塑韧性，加入海藻酸钠可以改善壳聚糖水凝胶的脆性，优化凝胶的力学性能。控制两种溶液的混合比例可以调控水凝胶的力学性能，最高可以使壳聚糖的断裂强度从2MPa提升至6MPa。同时使复合水凝胶兼具壳聚糖的抗菌性和海藻酸钠的生物活性。该涂层具备良好的磷灰石诱导能力，在模拟体液中浸泡两天后可以诱导生成羟基磷灰石。该水凝胶载药
后负载在种植体表面或内部，有望在抗菌敷料和药物控释领域获得广泛的应用。
附图说明
[0024]图1是本专利技术制备的微弧氧化钛表面羟基磷灰石/载药水凝胶复合涂层结构示意图。
[0025]图2是图1中涂层的俯视图。
[0026]图3是本专利技术制得的用来控制水凝胶图案化负载的PDMS模板。其中，(a)为孔径0.2mm，孔深0.2mm的模板，(b)为孔径1mm，孔深0.8mm的模板。
[0027]图4是本专利技术制得的微弧氧化涂层的表面形貌。
[0028]图5是本专利技术制得的羟基磷灰石涂层的表面形貌。
[0029]图6是本专利技术制得的微弧氧化钛表面复合水凝胶涂层的表面形貌。
[0030]图中，1为钛基体，2为微弧氧化涂层，3为羟基本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种微弧氧化钛表面羟基磷灰石/载药水凝胶复合涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)将锂盐、钙盐、锡盐、镁盐、钾盐和钠盐中的一种或多种溶于水中形成电解液，以钛试样为阳极，以不锈钢槽体为阴极，将钛试样浸没于电解液中进行微弧氧化，在钛试样表面形成微弧氧化涂层；2)将经步骤1)微弧氧化处理的钛试样浸泡于碱性溶液进行水热处理，在微弧氧化钛表面形成羟基磷灰石生物活性涂层；3)将铝制模板放在培养皿中，然后加入PDMS的预聚体和固化剂混合物，固化，得到PDMS模板；4)将壳聚糖水溶液和海藻酸钠水溶液混合，得到混合溶液，向混合溶液中加入药物，得到载药水凝胶溶液，向载药水凝胶溶液中加入光引发剂，然后滴在模板上，将试样放在PDMS模板上，在紫外光下固化，冷冻干燥，在微弧氧化钛表面形成微弧氧化钛表面羟基磷灰石/载药水凝胶复合涂层。2.根据权利要求1所述的一种微弧氧化钛表面羟基磷灰石/载药水凝胶复合涂层的制备方法，其特征在于，步骤1)中，微弧氧化参数如下：氧化采用脉冲电压，正压250～550V，负压0～100V，微弧氧化脉冲频率为200～800Hz，占空比为6％～30％，微弧氧化时间为5～15mim。3.根据权利要求1所述的一种微弧氧化钛表面羟基磷灰石/载药水凝胶复合涂层的制备方法，其特征在于，步骤1)中，钛试样为TA2、TA3、TA4工业纯钛或TC4钛合金；锂盐为磷酸锂、硅酸锂或硫酸锂，钙盐为磷酸钙、磷酸二氢钙、硅酸钙或硫酸钙，锡盐为硅酸锡、硫酸亚锡或焦磷酸亚锡，镁盐为硅酸镁、硫酸镁或磷酸镁，钾盐为硅酸钾、磷酸二氢钾或硫酸钾，钠盐为EDTA二钠、氢氧化钠、硫酸钠、磷酸三钠或硅酸钠。4.根据权利要求1所述的一种微弧氧化钛表面羟基磷灰石/载药水凝胶复合涂层的制备方法，其特征在于，步骤1)中，将钛试样置于0～40℃的电解液当中进行微弧氧化；电解液中锂盐、钙盐、锡盐、镁盐、钾盐或钠盐的浓度为1～15g/L。5.根据权利要求1所述的一种微弧氧化钛表面羟基磷灰石/载药水凝胶复合涂层的制备方法，其特征在于，步骤2)中，碱性...

【专利技术属性】
技术研发人员：周睿，周颖，李明，靳国瑞，程嘉辉，憨勇，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：