專利名稱：一種改善醫(yī)用鈦金屬的抗菌性和生物活性的表面改性方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鈦金屬的表面改性方法，具體說，是涉及一種采用化學(xué)方法(水熱法)和物理方法(等離子浸沒離子注入技術(shù))結(jié)合對(duì)醫(yī)用鈦金屬進(jìn)行表面改性的方法， 以賦予醫(yī)用鈦金屬材料良好的生物活性和抗菌性，屬于金屬材料表面改性技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
鈦金屬因?yàn)榫哂辛己玫臋C(jī)械性能和生物相容性而被廣泛用作植入材料，但鈦金屬是生物惰性材料，植入人體后被當(dāng)做異物排斥，易誘發(fā)炎癥發(fā)生。且在植入過程中有可能帶入周圍環(huán)境中的細(xì)菌，從而引發(fā)骨髓炎等術(shù)后感染。據(jù)報(bào)道，這種植入體引發(fā)的感染，發(fā)生率為1. 6 % 37. 0 %，不僅會(huì)延長(zhǎng)傷口愈合時(shí)間，影響植入物的使用效果，嚴(yán)重時(shí)還可造成肢體傷殘，甚至截肢和危及生命。因此，制備一種兼具抗菌能力和生物活性的植入材料，即在植入材料表面形成類骨磷灰石之前，避免細(xì)菌的粘附和繁殖是一個(gè)值得探討和研究的問題?；瘜W(xué)方法因其簡(jiǎn)單有效的特征被廣泛用來對(duì)鈦及其合金進(jìn)行表面改性，以獲得生物活性良好的植入材料。Wu (Journal of Crystal Growth 2004，269 :347 355)等人利用雙氧水水熱法在鈦基材上制備了二氧化鈦，經(jīng)過生物活性實(shí)驗(yàn)評(píng)估改性后的鈦具有良好的成骨能力，能夠誘導(dǎo)磷灰石在材料表面形成。雖然單一水熱處理的鈦片具有良好的生物活性，但是材料抗菌能力依然不佳。如何在保持鈦基材水熱改性后快速成骨能力的同時(shí)，使其具有良好的抗菌能力是一個(gè)需要解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的醫(yī)用鈦金屬存在抗菌性和生物活性不佳的問題，提供一種改善醫(yī)用鈦金屬的抗菌性和生物活性的表面改性方法，以滿足植入鈦金屬材料所需的抗菌性和生物活性的要求。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下一種改善醫(yī)用鈦金屬的抗菌性和生物活性的表面改性方法，包括將鈦金屬放入雙氧水中，于70 90°C進(jìn)行水熱處理；利用等離子浸沒離子注入技術(shù)(PIII)在水熱處理后的鈦金屬表面注入銀離子。所述雙氧水優(yōu)選質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30 %的雙氧水。水熱處理的時(shí)間推薦為6 72小時(shí)，優(yōu)選72小時(shí)。采用等離子體浸沒離子注入技術(shù)在水熱處理后的鈦金屬表面注入銀離子時(shí)，優(yōu)選純銀作為陰極。采用等離子體浸沒離子注入技術(shù)在水熱處理后的鈦金屬表面注入銀離子的工藝參數(shù)推薦為本底真空度為3X 10_3 4X 10_3Pa，注入電壓為10 40kV，脈寬為50 450 μ s，頻率為5 9Hz，銀注入時(shí)間為0. 5 3h。采用等離子體浸沒離子注入技術(shù)在水熱處理后的鈦金屬表面注入銀離子的工藝參數(shù)優(yōu)選為本底真空度為3. 6 X 10 ,注入電壓為15kV，脈寬為450 μ s，頻率為7Hz，銀氮注入時(shí)間為0. 5 濁。所述的鈦金屬為純鈦。經(jīng)過本發(fā)明改性處理后的鈦金屬表面被不同形貌的納米二氧化鈦所覆蓋，注入銀后二氧化鈦層表面分布著粒徑大小為IOnm左右、以單質(zhì)形態(tài)存在的銀納米粒子。納米二氧化鈦層能夠賦予鈦金屬成骨能力，而銀納米粒子的存在則能顯著地改善鈦金屬的抗菌能力。因此，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果經(jīng)過本發(fā)明改性處理后的鈦金屬，是一種兼具生物活性和抗菌性能的新型植入材料。生物活性實(shí)驗(yàn)和平板計(jì)數(shù)法結(jié)果證實(shí)，改性后的鈦金屬材料不僅具有快速成骨能力而且具有良好的抗菌性能，且對(duì)于細(xì)胞沒有毒害作用。


圖1是經(jīng)實(shí)施例1改性處理前后的鈦金屬表面的掃描電鏡形貌圖，圖中a表示改性處理前的鈦金屬，b表示經(jīng)水熱處理Mi后的鈦金屬，c表示經(jīng)水熱處理Mi后注銀的鈦金
jM O圖2是經(jīng)實(shí)施例1改性處理后的鈦金屬表面的XPS元素全譜圖。圖3是經(jīng)實(shí)施例1改性處理后的鈦金屬表面銀的高分辨XPS譜圖。圖4是經(jīng)實(shí)施例2改性處理前后的鈦金屬表面的掃描電鏡形貌圖，圖中a表示改性處理前的鈦金屬，b表示經(jīng)水熱處理24h后的鈦金屬；c表示經(jīng)水熱處理24h后注銀的鈦 ^^ I^l ο圖5是經(jīng)實(shí)施例2改性處理后的鈦金屬表面的XPS元素全譜圖。圖6是經(jīng)實(shí)施例2改性處理后的鈦金屬表面銀的高分辨XPS譜圖。圖7是經(jīng)實(shí)施例3改性處理前后的鈦金屬表面的掃描電鏡形貌圖，圖中a表示改性處理前的鈦金屬，b表示經(jīng)水熱處理7 后的鈦金屬；c表示經(jīng)水熱處理7 后注銀的鈦 ^^ I^l ο圖8是經(jīng)實(shí)施例3改性處理后的鈦金屬表面的XPS元素全譜圖。圖9是經(jīng)實(shí)施例3改性處理后的鈦金屬表面銀的高分辨XPS譜圖。圖10是經(jīng)水熱和銀離子注入改性處理后的鈦金屬經(jīng)過模擬體液4天浸泡后的表面形貌圖，圖中a表示經(jīng)水熱處理Mi后注銀的鈦金屬，b表示經(jīng)水熱處理24h后注銀的鈦金屬，c表示經(jīng)水熱處理7 后注銀的鈦金屬。圖11是經(jīng)本發(fā)明改性處理前后的鈦金屬抗大腸桿菌的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，圖中a表示處理前的鈦金屬，b表示經(jīng)水熱處理他后注銀的鈦金屬，c表示經(jīng)水熱處理24h后注銀的鈦金屬，d表示經(jīng)水熱處理7 后注銀的鈦金屬。圖12是經(jīng)本發(fā)明改性處理前后的鈦金屬抗金黃色葡萄球菌的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，圖中a 表示處理前的鈦金屬，b表示經(jīng)水熱處理他后注銀的鈦金屬，c表示經(jīng)水熱處理24h后注銀的鈦金屬，d表示經(jīng)水熱處理7 后注銀的鈦金屬。圖13是經(jīng)本發(fā)明改性處理前后的鈦金屬的細(xì)胞毒性實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖。具體實(shí)施方法
下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)、完整地說明，但并不限制本發(fā)明的內(nèi)容。實(shí)施例1將IOmmX IOmmX Imm的純鈦金屬片經(jīng)過5 丨％草酸100°C處理2小時(shí)后，用去離子
水超聲清洗干凈，自然晾干。將經(jīng)草酸預(yù)處理后的純鈦金屬片放入高壓反應(yīng)釜中，將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%的雙氧水倒入反應(yīng)釜內(nèi)，雙氧水的用量按每個(gè)純鈦金屬片加5ml，于80°C恒溫處理他。取出經(jīng)水熱處理他后的樣品，自然晾干。采用等離子體浸沒離子注入技術(shù)，將銀注入經(jīng)水熱處理后的鈦金屬基體，其具體的工藝參數(shù)見表1所示表1銀離子注入?yún)?shù)
權(quán)利要求
1.一種改善醫(yī)用鈦金屬的抗菌性和生物活性的表面改性方法，其特征在于，包括將鈦金屬放入雙氧水中，于70 90°C進(jìn)行水熱處理；利用等離子浸沒離子注入技術(shù)(PIII) 在水熱處理后的鈦金屬表面注入銀離子。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改善醫(yī)用鈦金屬的抗菌性和生物活性的表面改性方法，其特征在于所述雙氧水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改善醫(yī)用鈦金屬的抗菌性和生物活性的表面改性方法，其特征在于水熱處理的時(shí)間為6 72小時(shí)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的改善醫(yī)用鈦金屬的抗菌性和生物活性的表面改性方法，其特征在于水熱處理的時(shí)間為72小時(shí)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改善醫(yī)用鈦金屬的抗菌性和生物活性的表面改性方法，其特征在于采用等離子體浸沒離子注入技術(shù)在水熱處理后的鈦金屬表面注入銀離子時(shí)，以純銀作為陰極。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改善醫(yī)用鈦金屬的抗菌性和生物活性的表面改性方法，其特征在于，采用等離子體浸沒離子注入技術(shù)在水熱處理后的鈦金屬表面注入銀離子的工藝參數(shù)為本底真空度為3\10_3 4\10’&，注入電壓為10 40kV，脈寬為50 450 μ s，頻率為5 9Hz，銀注入時(shí)間為0. 5 3h。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的改善醫(yī)用鈦金屬的抗菌性和生物活性的表面改性方法，其特征在于，采用等離子體浸沒離子注入技術(shù)在水熱處理后的鈦金屬表面注入銀離子的工藝參數(shù)為本底真空度為3. 6 X 10_3Pa，注入電壓為15kV，脈寬為450 μ s，頻率為7Hz，銀氮注入時(shí)間為0. 5 2h。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的改善醫(yī)用鈦金屬的抗菌性和生物活性的表面改性方法，其特征在于所述的鈦金屬為純鈦。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種改善醫(yī)用鈦金屬的抗菌性和生物活性的表面改性方法，該方法包括將鈦金屬放入雙氧水中，于70～90℃進(jìn)行水熱處理；利用等離子浸沒離子注入技術(shù)(PIII)在水熱處理后的鈦金屬表面注入銀離子。經(jīng)過本發(fā)明改性處理后的鈦金屬表面被不同形貌的納米二氧化鈦所覆蓋，注入銀后二氧化鈦層表面分布著粒徑大小為10nm左右、以單質(zhì)形態(tài)存在的銀納米粒子。納米二氧化鈦層能夠賦予鈦金屬成骨能力，而銀納米粒子的存在則能顯著地改善鈦金屬的抗菌能力。因此，經(jīng)過本發(fā)明改性處理后的鈦金屬，是一種兼具生物活性和抗菌性能的新型植入材料，且對(duì)細(xì)胞沒有毒害作用，具有實(shí)用價(jià)值。
文檔編號(hào)C23C8/16GK102330051SQ20111029580
公開日2012年1月25日 申請(qǐng)日期2011年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月30日
發(fā)明者劉宣勇, 李晉波 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所