一种纳米复合材料生物涂层及其制备方法技术

一种纳米复合材料生物涂层及其制备方法，该纳米复合材料的组分包括纳米羟基磷灰石和石墨烯，其制备方法包括步骤：称取不同混合比例的原材料并进行超声分散、混合；混合粉末经喷雾造粒制得纳米羟基磷灰石-石墨烯微米团聚颗粒；经等离子喷涂制得羟基磷灰石-石墨烯纳米复合材料生物涂层。本发明专利技术实施例的纳米复合材料生物涂层具有良好的抗菌性能、骨诱导性能和促进成骨细胞在其表面贴附的能力。本发明专利技术实施例的纳米复合材料生物涂层制备工艺是等离子喷涂，较传统的涂层制备工艺，该制备工艺提高了制备效率，极大节约了加工成本。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及材料科学与生物医学的交叉领域，尤其涉及一种羟基磷灰石-石墨烯纳米复合材料生物涂层及其制备方法。
技术介绍
生物医用材料是保障人类健康的必需品，对当代医疗技术和保健系统的革新和发展具有引导作用。与此同时，生物医用材料产业作为医疗器械产业的基础已经在世界经济中发挥重要作用。生物医用材料的市场有望从2008年的1154亿美元上涨到2014年的2527 亿美元。因此，与生物医用材料相关的研究也越来越得到重视。传统以金属材料制备的人体植入骨在力学性能上有着优异的表现，但这些材料是生物惰性的。而理想的人体植入骨材料不仅要满足力学性能的要求，还要具有优异的抗菌性能、生物活性和生物相容性。羟基磷灰石是目前研究最多的生物活性陶瓷之一，一直倍受生物医学工程领域研究者的青睐，羟基磷灰石良好的生物相容性和生物活性源于其化学成分和晶体结构与人体骨骼中的磷灰石十分相似。所以，在金属人体植入骨表面制备一层羟基磷灰石涂层，能够改善金属基体的生物相容性，充分发挥金属基体优异的力学性能。但是，羟基磷灰石的本征脆性极大地限制了其作为承重骨 替换材料的使用。因此，研究兼备高强韧性和优异生物活性、生物相容性的羟基磷灰石复合材料生物涂层无疑具有重要的意义。在羟基磷灰石基体中添加第二相进行强韧处理是一种最为适宜的方案。理想的羟基磷灰石涂层强韧相首先需要满足在较少添加量的前提下最大限度的提高羟基磷灰石的力学性能，同时作为人体植入物，强韧相要无细胞毒性并能够继承基体材料优异的生物活性，甚至强韧相本身要具有一定的抗菌能力、骨诱导性能。目前研究中主要采用硬质颗粒、高分子聚合物、纤维及碳纳米管作为强韧相。本专利技术使用的强韧相是石墨烯，石墨烯是一种由sp2杂化的碳原子以六边形排列形成的周期性蜂窝状的二维碳原子晶体，它质量轻、比表面积大(2630πι2Ο以及优异的力学性能(杨氏模量llOOGPa，断裂韧性125GPa)有望使其成为一种新的强韧相。已经有研究报道了石墨烯对大肠杆菌的生长具有较好的抑制能力，表明它有一定的抗菌能力。本专利技术过程中，完成了石墨稀在1旲拟体液中的浸泡实验，在石墨稀表面发现了矿化的憐酸I丐，表明石墨稀具有一定的骨诱导性能。同时本专利技术中，对制备的生物涂层进行了成骨细胞的贴附实验，结果表明石墨烯具有促进成骨细胞在羟基磷灰石在表面的贴附能力，这体现了石墨烯良好的生物活性。这一系列的优异性能有望让石墨烯成为一种新型的人体植入骨强韧相材料。本专利技术采用的强韧材料是石墨烯，而与本专利类似的是选用碳纳米管作为羟基磷灰石涂层的强韧相。类似的专利有专利CN101949046A，一种碳酸根型羟基磷灰石-碳纳米管复合涂层材料的制备方法。该专利技术用电泳沉积法将碳酸钙粉末或含有碳酸钙的粉末和碳纳米管沉积到金属基体表面，得到碳酸钙粉末-碳纳米管涂层，然后将碳酸钙粉末-碳纳米管涂层经磷酸缓冲溶液处理后转化成碳酸根型羟基磷灰石-碳纳米管复合涂层。专利CN1772969，纳米羟基磷灰石-碳纳米管复合涂层制备方法。该专利技术采用的是纳米羟基磷灰石和碳纳米管的复合材料，采用电泳沉积法制备羟基磷灰石-碳纳米管复合涂层。专利CN1440948，羟基磷灰石-碳纳米管复合材料及其制备工艺。该专利技术采用化学沉淀法合成羟基磷灰石，不经过固液分离过程，直接与碳纳米管复合制备出羟基磷灰石-碳纳米管复合材料。专利CN101530633，抗菌性载银羟基磷灰石-碳纳米管复合人工骨及其制备。该专利技术以原位合成法制备的羟基磷灰石-碳纳米管复合粉体为载体，通过离子交换与离子吸附作用得到载银羟基磷灰石-碳纳米管复合粉体；以此粉体为原料，采用热压烧结法制备出抗菌性载银羟基磷灰石-碳纳米管复合人工骨。从力学性能的改善上来说，碳纳米管是一种比较好的强韧相，但是作为人体植入骨材料，仅仅是力学性 能上的改善是不够的，还要考虑材料在生物相容性上的问题。大量研究对碳纳米管的细胞毒性还存有争议，其中有些研究者认为碳纳米管的细胞毒性主要源于碳纳米管制备过程中残留的重金属杂质导致的。与碳纳米管相比，石墨烯的制备过程中不需要使用金属作为催化剂，并且可以获得高纯度的石墨烯，极大的避免了杂质的不利影响。专利CN101949046A、CN1772969及CN1440948需要更严谨的考虑这个因素。载银羟基磷灰石-碳纳米管这一材料体系能够提高材料的力学性能，而且具有一定的抗菌作用。但载银抗菌材料的抗菌性能直接与材料中银离子的析出有关，银作为一种重金属，对组织器官有毒性作用，因此银离子析出浓度又需要控制，这是材料体系上需要进一步研究的地方； 其次，这样的材料体系是否具有良好的生物相容性、是否能提高成骨细胞的贴附与增殖都是未知的；另外在碳纳米管上载银这一工艺是复杂的，同时如何控制载银颗粒的大小和银的含量更为复杂，这是材料制备上需要仔细考虑的方面。因此，针对上述技术问题，有必要提供一种纳米复合涂层材料及其制备方法，以克服上述缺陷。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种人体承重骨涂层材料体系，即采用等离子喷涂技术，在钛合金表面制备羟基磷灰石-石墨烯纳米复合材料生物涂层，旨在使其具有优异生物活性和生物相容性、良好的力学性能和改善其抗菌性能及力学性能。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案一种纳米复合材料生物涂层，其原材料组分包括纳米羟基磷灰石颗粒和石墨烯。优选的，在上述纳米复合材料生物涂层中，所述石墨烯重量百分比为纳米羟基磷灰石的O. 19Γ2. 0%，纳米羟基磷灰石为短棒状。一种纳米复合材料生物涂层的制备方法，该制备方法包括如下步骤A.分析天平分别称取适量的纳米羟基磷灰石和石墨烯；B.称量好的石墨烯进行超声分散，然后加入称量好的纳米羟基磷灰石颗粒超声混合，并对混合的纳米羟基磷灰石-石墨烯粉末进行干燥处理；C.对步骤B中混合粉末进行喷雾造粒处理，制得纳米羟基磷灰石-石墨烯微米团聚颗粒，并干燥、筛选该微米团聚颗粒；D.等离子喷涂制备羟基磷灰石-石墨烯纳米复合材料生物涂层。优选的，在纳米复合材料生物涂层的制备方法中，所述步骤A中石墨烯重量百分比为纳米羟基磷灰石的O. 19Γ2. 0%，纳米羟基磷灰石为短棒状。优选的，在纳米复合材料生物涂层的制备方法中，所述步骤B中超声分散、混合都是在无水乙醇中进行，其中石墨烯超声分散时加入适量的十二烷基苯磺酸钠作为分散剂，超声分散30min ;而后加入纳米羟基磷灰石超声混合60min，干燥处理参数为120°C干燥120mino优选的，在纳米复合材料生物涂层的制备方法中，所述采用喷雾造粒法制得纳米轻基磷灰石-石墨烯微米团聚颗粒，具体包括步骤Cl.向充分超声混合后的混合粉末添加蒸馏水、聚乙二醇分散剂和聚乙烯醇粘结齐U，然后机械搅拌成均勻混合料衆； C2.采用压力喷雾造粒装置对Cl中形成的混合料浆进行处理，制成纳米羟基磷灰石-石墨烯微米团聚颗粒；C3.纳米羟基磷灰石-石墨烯微米团聚颗粒干燥处理；C4.筛选出特定直径范围的微米团聚颗粒，作为等离子喷涂喂料。优选的，在纳米复合材料生物涂层的制备方法中，所述步骤C2中，压力喷雾造粒装置的参数包括雾化压力O. 3MPa，干燥室温度300°C。优选的，在纳米复合材料生物涂层的制备方法中，所述步骤C3中，干燥处理参数为 120°C 干燥 120min。优选的，在纳米本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种纳米复合材料生物涂层，其特征在于:其原材料组分包括纳米羟基磷灰石和石墨烯。2.根据权利要求I所述的纳米复合材料生物涂层，其特征在于所述石墨烯重量百分比为纳米羟基磷灰石的O. 19Γ2. 0%，纳米羟基磷灰石为短棒状。3.一种权利要求I所述的纳米复合材料生物涂层的制备方法，其特征在于该制备方法包括如下步骤A.分析天平分别称取适量的纳米羟基磷灰石和石墨烯；B.称量好的石墨烯进行超声分散，然后加入称量好的纳米羟基磷灰石超声混合，并对混合的纳米羟基磷灰石-石墨烯粉末进行干燥处理；C.对步骤B中混合粉末进行喷雾造粒处理，制得纳米羟基磷灰石-石墨烯微米团聚颗粒，并干燥、筛选该微米团聚颗粒；D.等离子喷涂制备羟基磷灰石-石墨烯纳米复合材料生物涂层。4.根据权利要求3所述的纳米复合材料生物涂层的制备方法，其特征在于所述步骤A 中石墨烯重量百分比为纳 米羟基磷灰石的O. 19Γ2. 0%，纳米羟基磷灰石为短棒状。5.根据权利要求3所述的纳米复合材料生物涂层的制备方法，其特征在于所述步骤 B中超声分散、混合都是在无水乙醇中进行，其中石墨烯超声分散时加入适量的十二烷基苯磺酸钠作为分散剂，超声分散30min ;而后加入纳米羟基磷灰石超声混合60min，干燥处理参数为120°C干燥120min。6.根据权利要求3所述的纳米复合材料生物涂层的制备方法，其特征在于采用喷雾造粒法制得纳米羟基磷灰石-石墨烯微米团聚颗粒，具体包括步骤Cl.向充分超声混合后...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈瑶，张律，刘卫卫，岳春光，朱刚贤，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：发明
国别省市：