一种钛基覆银植入式抗菌医疗器械及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种钛基覆银植入式抗菌医疗器械及其制备方法，该医疗器械是以钛或钛合金作为基底，通过前处理和真空辉光放电进行组合清洗，同时结合喷砂、活化、真空预镀、脉冲电镀和钝化的复合工艺制得。具体是通过喷砂工艺在钛基表面构建微纳结构，通过活化工艺在基底表面形成转化膜，进一步通过真空电镀形成10

【技术实现步骤摘要】
一种钛基覆银植入式抗菌医疗器械及其制备方法


[0001]本专利技术涉及金属表面改性
，具体涉及一种带有抗菌性表面涂层的医疗器械，尤其涉及一种钛基覆银植入式抗菌医疗器械及其制备方法。

技术介绍

[0002]人体骨骼和关节的缺损、机能低下一直是困扰骨科医生的临床问题。近年来，这一临床问题可以通过在人体内植入移植物作为缺损的替代修复。这项技术所使用的移植物要求的特性是，具备与被替代之前的生物的一部分同等的强度，同时也要求其具有与其植入的生物的适应性、即生物的亲和性。具有这种生物亲和性的金属材料，有钛、钛合金、不锈钢、Co
‑
Cr合金等。其中，钛及钛合金因为其拥有其他材料不具备的骨促成能力，而被广泛应用于医用植入物领域。
[0003]然而在将这些金属移植物移植到体内时，患部有极大概率发生感染。细菌感染以及由此形成的生物膜会造成植入器械的失败、炎症的复发，以及一系列伴随的并发症，使治疗流程复杂化以及患部愈合困难。
[0004]对于这样的问题，涂层技术是解决细菌感染的良好手段，如抗生素涂层、银离子附着涂层，以及有机涂层等。抗生素以及有机涂层由于其耐药性问题，使得它们不具备长时间高效的抗菌能力，无法应对患部在长期治疗中产生的感染。银的抗菌效果尤其优异，然而钛及钛合金表面极易形成致密且稳定的氧化膜，该氧化膜的钝化电位较负，同时，银在钛合金基体表面直接沉积易产生较大的结合应力，导致基体与银的结合能力较差；同时，由于银和钛合金之间的结合力极差，直接导致只经过简单前处理(清洁)的钛合金，即使表明残留微量的油脂、灰尘等杂质，也会大大削弱银涂层在钛合金表面的结合。因此，在钛合金表面引入银涂层是一个极具挑战的任务。
[0005]为解决上述问题，本专利技术创新性地从增强涂层机械咬合力、抑制氧化膜生成、减小涂层与基底之间的应力，以及相对彻底性清洁四个角度出发，结合喷砂、活化、真空预镀、脉冲电镀和钝化技术，依次在钛基材表面引入微纳结构层、转化膜层、银过渡层、银涂层和钝化保护层，增强银涂层以及钛基材之间的结合强度，从而制备拥有良好抗菌性能的钛基医疗器械材料。

技术实现思路

[0006]针对骨感染临床问题，以及钛基材与银结合性较差的工艺难题，本专利技术通过复合工艺，制得一种表面同时设置有微纳结构层、转化膜层、银过渡层、银抗菌层及钝化层结构的抗菌型钛基医疗器械材料，从而使其具备优异的抗菌性能和结合强度。
[0007]为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案，具体包含以下步骤：
[0008]1)材料预处理：将钛基材料使用除油、水洗、干燥、喷砂、二次除油、水洗、酸洗、碱洗、水洗、干燥进行预处理，同时在基材表面构筑微纳结构；
[0009]2)活化：使用缓蚀剂对预处理后的钛基材料表面进行处理使其迅速达到活化状
态，同时在材料表面形成转化膜层，促进后续镀层沉积的均匀性以及镀层与基底的结合强度；
[0010]3)二次清洗：使用真空电镀设备对活化后的样品进行真空辉光放电清洗，进一步去除其表面杂质；
[0011]4)正反两极轮转真空预镀：将步骤3)处理完成后的基材放入真空电镀机进行真空电镀，电镀过程中先将腔体真空度控制为小于0.02Pa，然后通入氩气气压50
‑
200sccm，保持真空度0.25
‑
0.85Pa，电流强度0.5
‑
5A，转架方向及速率为正转5.0
‑
20.0Hz，偏压高20
‑
150V，占空比50
‑
80％，时间为1
‑
20分钟。随后，将基材进行正反两极轮转，并重复上述真空电镀的操作，在3)所得基材表面制得10
‑
2000nm的银过渡层，该过渡层的引入可以大大减小后期银涂层与基底之间的结合应力，并且提升后期银涂层与基底的结合强度；
[0012]5)无氰脉冲复合电镀：对步骤4)完成真空电镀后的钛基材料进行活化和脉冲电镀，得到表面均匀覆膜、基材与涂层结合强度良好的钛基材料；
[0013]6)后处理：将步骤5)中所制得的样品依次进行钝化、干燥、灭菌、封装处理后，即得钛基覆银植入式抗菌医疗器械产品。
[0014]进一步地，所述步骤1)使用的钛基材料为Ti
‑
6Al
‑
4V合金、TC4钛合金，TA2工业纯钛或TA3工业纯钛。
[0015]进一步地，步骤1)中，所述预处理过程中的除油、水洗、干燥、喷砂、除油、水洗、酸洗、碱洗、水洗、干燥等，其工艺参数分别如下所示：
①
.除油的除油液为冷脱液，弱酸，弱碱中的一种或几种，在室温下进行2
‑
3min浸泡；
②
.二次除油的除油液配方为冷脱剂1
‑
5ml/L，除油粉8
‑
18g/L，在室温下进行5
‑
10min浸泡；
③
.酸洗使用浓硫酸、盐酸中的一种或几种，在室温下进行1
‑
2min浸泡；
④
.碱洗使用氨水、氢氧化钠中的一种或几种，在室温下进行1
‑
2min浸泡。
[0016]进一步地，步骤2)中所述的缓蚀剂为氢氟酸和盐酸中的一种或几种，常温下浸泡处理时间为1
‑
2min；活化完成后对其进行水洗及干燥处理。
[0017]进一步地，步骤3)中所述的二次清洗工艺为真空辉光放电清洗，具体的参数为：将样品置于真空度小于0.02Pa的真空电镀机腔内，在氩气流量为100
‑
200sccm的环境下，保持腔内真空度为1
‑
10Pa进行对基材进行离子清洗5
‑
20min，转架方向及速率为正转5.0
‑
20.0Hz，偏压高50
‑
100V占空比50
‑
80％，时间约2
‑
10分钟，以进一步清除样品表面杂质。
[0018]进一步地，步骤4)中所述的正反两极轮转真空预镀，具体正反两极轮转的过程为：基材首先正向面对于设备腔内的阴极进行真空电镀，操作结束后将基材面对于阴极的一面进行反向，同时将基材的上下两端进行反转，再进行重复的真空电镀。
[0019]进一步地，所述无氰脉冲电镀包括：
①
.活化处理：将4)得到的样品进行活化处理，活化处理液配方为浓硫酸50mL/L，在常温下处理20
‑
30秒；
②
.脉冲镀银：对
①
所得样品进行脉冲镀银，脉冲镀银液的配方为：硝酸银20
‑
80g/L，磺基水杨酸100
‑
260g/L，咪唑100
‑
260g/L，氢氧化钾15
‑
30g/L，醋酸铵20
‑
80g/L，柠檬酸铵5
‑
10g/L，乙二胺5
‑
10g/L本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钛基覆银植入式抗菌医疗器械，其特征在于，所述医疗器械为钛基材料，且在钛基材料表面上通过喷砂、活化、真空预镀、脉冲电镀和钝化的复合工艺，制备有由下而上依次为微纳结构层、转化膜层、10
‑
2000nm银过渡层、1
‑
100μm银抗菌层及钝化保护层的多层复合结构。2.根据权利要求1所述的一种钛基覆银植入式抗菌医疗器械，其特征在于，所述的复合工艺包含以下步骤：1)材料预处理：将所述钛基材料进行除油、水洗、干燥、喷砂、二次除油、水洗、酸洗、碱洗、水洗、干燥的预处理步骤，在基材表面构筑微纳结构；2)活化：使用缓蚀剂对1)处理后的钛基材料表面进行活化处理，在钛基材料表面形成转化膜层；3)二次清洗：使用真空电镀设备对活化后的样品进行真空辉光放电清洗，进一步去除其表面杂质；4)正反两极轮转真空预镀：将步骤3)处理完成后的基材放入真空电镀机进行真空电镀银，电镀过程中先将腔体真空度控制为小于0.02Pa，然后通入氩气气压50
‑
200sccm，保持真空度0.25
‑
0.85Pa，电流强度0.5
‑
5A，转架方向及速率为正转5.0
‑
20.0Hz，偏压高20
‑
150V，占空比50
‑
80％，时间为1
‑
20分钟；随后，将基材进行正反两极轮转，并重复上述真空电镀的操作，在基材表面得到银过渡层；5)无氰脉冲复合电镀：对步骤4)完成真空电镀后的钛基材料进行活化及脉冲电镀，得到表面均匀覆膜、基材与涂层结合强度良好的钛基材料；6)后处理：将所制得的样品依次进行钝化、干燥、灭菌、封装处理后，即得钛基覆银植入式抗菌医疗器械。3.根据权利要求2所述的一种钛基覆银植入式抗菌医疗器械，其特征在于，所述钛基材料为Ti
‑
6Al
‑
4V合金、TC4钛合金，TA2工业纯钛或TA3工业纯钛。4.根据权利要求2所述的一种钛基覆银植入式抗菌医疗器械，其特征在于，步骤1)中，所述预处理过程中的除油、水洗、干燥、喷砂、二次除油、水洗、酸洗、碱洗、水洗、干燥，其工艺参数包括如下所示：
①
.除油的除油液为冷脱液，弱酸，弱碱中的一种或几种，在室温下进行2
‑
3min；
②
.二次除油的除油液配方为冷脱剂1
‑
5ml/L，除油粉8
‑
18g/L，在室温下进行5
‑
10min；
③
.酸洗使用浓硫酸、盐酸中的一种或几种，在室温下进行1
‑
2min；
④
.碱洗使用氨水、氢氧化钠中的一种或几种，在室温下进行1
‑
2min。5.根据权利要求2所述的一种钛基覆银植入式抗菌医疗器械，其特征在于，步骤2)中所述的缓蚀剂为氢氟酸和盐酸中的一种或几种，在常温下浸泡处理时间为1
‑
2min；活化完成后对其进行水...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶宇霄，金晓强，彭慧琴，滕王锶源，高逸泽，胡文基，
申请(专利权)人：杭州明康捷医疗科技有限公司，
类型：发明
国别省市：