一种在生物镁合金表面广谱抗菌复合涂层的方法技术

本发明专利技术提供一种在生物镁合金表面制备广谱抗菌复合涂层的方法，包括步骤：将镁合金打磨抛光、清洗后，做表面改性处理；制备壳聚糖

【技术实现步骤摘要】
一种在生物镁合金表面广谱抗菌复合涂层的方法


[0001]本专利技术属于镁合金表面改性领域，尤其涉及一种在生物镁合金表面制备广谱抗菌涂层的方法。

技术介绍

[0002]目前，大多数商业使用的固定装置由永久的金属合金制成，包括钛、不锈钢和Co
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Cr合金，尽管他们具有较高的机械强度、生物相容性和足够的耐腐蚀性能，但骨折修复后需要再次手术取出固定装置，这通常增加了患者的额外痛苦和经济负担，此外，由于骨折部位周围离子的聚集导致骨质溶解，阻止新骨形成，未能及时移除永久性固定装置还可能会导致严重的过敏问题。
[0003]镁基合金因其优异的生物相容性、生物降解性以及与皮质骨相似的力学性能而成为潜在的植入材料，受到研究者的广泛关注。与传统的金属植入物相比，镁合金在生理环境中完全降解，无需二次手术将植入物从体内取出。更重要的是，镁合金的降解产物会促进新骨和骨骼的形成，缩短患者的恢复时间。
[0004]在镁合金骨植入体临床应用中，细菌感染和生物膜的形成也是影响手术成败的关键因素。细菌感染会导致骨植入体组织周围出现炎症，植入体功能丧失，需要二次手术修复，加重了患者的医疗负担甚至有截肢的危险。
[0005]目前，在医学植入手术中应用抗生素无疑是一种治疗病原体有效的方法，但抗生素滥用已导致耐抗生素菌株的出现，这正成为对公共卫生的巨大威胁。此外，使用氯化、臭氧化试剂在消毒过程中会产生具有潜在致癌性的副产物。紫外线消毒被认为是一种绿色的方法，但许多微生物是天然抵抗紫外线。因此，开发高效、低成本、广谱的抗菌材料仍是迫切需要。
[0006]近年来，许多纳米材料例如石墨烯、银等已经显示出优秀的抗菌性能，但是这些材料具有一定的细胞毒性。六方氮化硼被誉为白色石墨烯，因其良好的生物相容性和化学稳定性被认为是生物医学相关应用的候选材料，此外，Merih等人报道了六方氮化硼纳米颗粒具有抗菌和抗菌膜特性。然而六方氮化硼较高的化学稳定性和疏水性导致其在水介质中难以分散，很难在生物医学方面作为表面改性材料应用。
[0007]壳聚糖是一种天然的阳离子多糖，具有良好的生物相容性、生物降解性、抗菌活性和耐化学性等特性。目前已经有研究证明通过壳聚糖吸附氮化硼在水溶液中稳定分散。通过浸渍法在活泼镁基合金表面制备壳聚糖基复合涂层已被广泛研究，然而，实验发现通过浸渍法制备壳聚糖
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氮化硼复合涂层导致氮化硼在复合涂层中发生团聚（图1），氮化硼抗菌性能无法表达。电辅助沉积作为一种新型表面改性技术，可以通过调节电解液参数和电流模式制备出厚度可控、均匀和结合力强的涂层。壳聚糖需要在酸性溶液中质子化才能完成氮化硼的均匀分散，镁合金在酸性溶液中易发生腐蚀，在镁合金表面电沉积壳聚糖基涂层所需的预处理手段尤为关键。此外，氮化硼在复合涂层的排列方式影响复合涂层的抗菌活性，因此，通过电制备参数的设定是获得具有抗菌性能的氮化硼复合涂层的关键因素。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的是提供一种在生物镁合金表面制备广谱抗菌涂层制备方法，复合涂层表面均匀且厚度可控，提高了涂层的抗菌性能。
[0009]为了解决上述技术问题，本专利技术提供的在生物镁合金表面广谱抗菌涂层制备方法是这样实现的：一种在生物镁合金表面广谱制备抗菌复合涂层的方法，包括步骤：将镁合金打磨抛光、清洗后，做表面改性处理；制备酸性水溶液；制备壳聚糖
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六方氮化硼溶液；将所述表面改性的镁合金作为工作电极，所述壳聚糖
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六方氮化硼溶液作为电解液，进行电沉积反应，制备获得具有壳聚糖
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六方氮化硼复合涂层的镁合金。
[0010]可选的，所述制备壳聚糖
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六方氮化硼电溶液包括：制备含有异丙醇的酸性水溶液，在酸性溶液中完全溶解壳聚糖后，加入六方氮化硼，超声分散后搅拌，待加入的六方氮化硼被壳聚糖阳离子吸附并带正电荷时静置，取分散均匀的上清液作为壳聚糖
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六方氮化硼电解液使用。
[0011]可选的，所述酸性水溶液中异丙醇的体积分数为10
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60%，六方氮化硼直径在0.08
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5μm，所述壳聚糖脱乙酰度≥70、粘度100
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300mPa.s。
[0012]可选的，所述制备壳聚糖
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六方氮化硼溶液中，壳聚糖的浓度为0.3
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1g/L，六方氮化硼的浓度为0.1
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5g/l。
[0013]可选的，所述超声分散的时间是1
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2h，所述搅拌的时间是12
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24h。
[0014]可选的，所述表面改性处理是对镁合金进行低电压微弧氧化处理。
[0015]可选的，所述低电压微弧氧化处理的电解液由磷酸钠、氢氧化钠和丙三醇制备成。
[0016]可选的，所述低电压微弧氧化处理的电压为180
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220V，时间是3
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5min。
[0017]可选的，所述电沉积反应采用恒电流法，电流密度10
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30 mA/cm2。
[0018]可选的，所述镁合金包括：纯镁、镁锌钙、镁稀土系合金。
[0019]本专利技术提供的在生物镁合金表面广谱抗菌涂层的方法，通过壳聚糖的吸附六方氮化硼均匀分散在水溶液中，使得在电沉积反应中壳聚糖
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六方氮化硼复合涂层表面形貌均匀，且可以实现厚度可控，也使得六方氮化硼可以应用在生物表面改性方面；相对于现有技术中的单层涂层，本专利技术提高了在生物镁合金表面的抗菌性能。
附图说明
[0020]图1为通过浸凃法制备壳聚糖
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六方氮化硼复合涂层表面形貌SEM图；图2为本专利技术实施例1制备的具有壳聚糖
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六方氮化硼抗菌复合涂层表面形貌SEM图；图3为本专利技术实施例2中制备的具有壳聚糖
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氮化硼复合涂层表面形貌SEM图；图4为本专利技术实施例1制备的具有壳聚糖
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氮化硼复合涂层的EDS结果图；图5为本专利技术实施例1 中具有壳聚糖
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六方氮化硼抗菌复合涂层的镁合金圆片在SBF溶液中的电化学动态极化曲线图；图6为为实施例1 镁合金基体和壳聚糖
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六方氮化硼复合涂层的平板涂布抗菌测
V，时间为4 min。
[0035]步骤（1）和步骤（2）、（3）的执行不分先后顺序，可以先执行步骤（1），再执行步骤（2）和（3），也可以先执行步骤（2）和（3），再执行步骤（1），也可以同时执行。
[0036]（4）将步骤（3）预处理的Mg
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Zn
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Y
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Nd
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Zr合金作为工作电极，铂电极为对电极，饱和甘汞电极为参比电极；将步骤（1）制备得到的壳聚糖
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六方碳化硼溶液作为电解液，采用恒电流法在Mg
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Zn
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Y...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种在生物镁合金表面广谱制备抗菌复合涂层的方法，其特征在于，包括步骤：将镁合金打磨抛光、清洗后，做表面改性处理；制备酸性水溶液；制备壳聚糖
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六方氮化硼溶液；将所述表面改性的镁合金作为工作电极，所述壳聚糖
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六方氮化硼溶液作为电解液，进行电沉积反应，制备获得具有壳聚糖
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六方氮化硼复合涂层的镁合金。2.根据权利要求1所述的在生物镁合金表面制备广谱抗菌复合涂层的方法，其特征在于，所述制备壳聚糖
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六方氮化硼电溶液包括：制备含有异丙醇的酸性水溶液，在酸性溶液中完全溶解壳聚糖后，加入六方氮化硼，超声分散后搅拌，待加入的六方氮化硼被壳聚糖阳离子吸附并带正电荷时静置，取分散均匀的上清液作为壳聚糖
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六方氮化硼电解液使用。3.根据权利要求2所述的在生物镁合金表面制备广谱抗菌复合涂层的方法，其特征在于，所述酸性水溶液中异丙醇的体积分数为10
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60%，六方氮化硼直径在0.08
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5μm，所述壳聚糖脱乙酰度≥70、粘度100
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300mPa.s。4.根据权利要求3所述的在生物镁合金表面制备广谱抗菌复合涂层的方法，其特征在于，所述制备壳聚糖
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【专利技术属性】
技术研发人员：朱世杰，黄文江，王利国，陈瑶，梅迪，马小爽，关绍康，
申请(专利权)人：郑州大学，
类型：发明
国别省市：