CN102526800A

CN102526800A - 微弧氧化钛种植体上载头孢唑啉钠药物膜的方法

Info

Publication number: CN102526800A
Application number: CN2012100021441A
Authority: CN
Inventors: 魏大庆; 成夙; 周玉
Original assignee: Harbin Institute of Technology
Current assignee: Harbin Institute of Technology
Priority date: 2012-01-05
Filing date: 2012-01-05
Publication date: 2012-07-04

Abstract

微弧氧化钛种植体上载头孢唑啉钠药物膜的方法，涉及一种在作为骨替代物的医用钛金属改性涂层上涂覆抗生素药物膜的方法。经过本发明微弧氧化处理的钛种植体生物活性大幅度提高，抗生素可避免种植体植入体内引起创口感染，并可提高创口的愈合能力。本发明包括如下步骤：将钛种植体置于含有碱性电解液的不锈钢槽体中，采用双极脉冲电源，通过对微弧氧化电参数的控制，靠钛表面的击穿放电使钛表面形成一层的微弧氧化涂层；将微弧氧化后的钛基体浸入头孢唑啉钠水溶液中浸泡；取出浸泡头孢唑啉钠后的微弧氧化钛基体，放入烘干箱中烘干，获得上载头孢唑啉钠药物膜的微弧氧化钛种植体。本发明可预防钛种植体植入体中引起的创口感染，可加速创口愈合。

Description

微弧氧化钛种植体上载头孢唑啉钠药物膜的方法

技术领域

本发明涉及一种在作为骨替代物的医用钛金属改性涂层上涂覆抗生素药物膜的方法。

背景技术

钛及钛合金材料作为重要的生物医用材料，具有高机械强度、高韧性和优良的抗疲劳性能，广泛应用于人体的关节、牙、骨等硬组织的替换。然而，将其植入到人体中普遍存在生物活性差，结合强度低、愈合时间长等问题。为了提高医用钛金属的生物活性，促进其与人体骨组织的结合，常用的方法是在医用钛金属材料表面陶瓷化或涂覆具有生物活性的涂层。在钛表面微弧氧化法制备二氧化钛是近年来医用钛金属表面改性研究的热点，这种方法制备的二氧化钛涂层含有微米尺寸的多孔结构，并且可以在涂层中引入钙、磷、硅、锶等可促进骨生长的有益元素，许多研究已经证明微弧氧化处理的钛金属是理想的骨替代物。然而骨替代物在植入体内时有可能带入细菌、病毒等引起创口感染，在骨替代物表面上载抗生素药物可以预防伤口感染，促进创口快速愈合。因此在经过微弧氧化处理过的医用钛表面上载抗生素无疑具有巨大的现实意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种微弧氧化钛种植体上载头孢唑啉钠药物膜的方法，经过微弧氧化处理的钛种植体生物活性大幅度提高，抗生素可避免种植体植入体内引起创口感染，并可提高创口的愈合能力。

上述目的可通过以下技术方案实现：

步骤一：做微弧氧化，将钛种植体置于含有碱性电解液的不锈钢槽体中，采用双极脉冲电源，通过对微弧氧化电参数的控制，靠钛表面的击穿放电使钛表面形成一层的微弧氧化涂层，其中微弧氧化的脉冲电压为200～500V、频率为400～800Hz、占空比为4～20%，溶液温度为0～50℃，氧化时间为5～30min；

步骤二：将微弧氧化后的钛基体浸入头孢唑啉钠水溶液中浸泡；

步骤三：取出浸泡头孢唑啉钠后的微弧氧化钛基体，放入烘干箱中烘干，获得上载头孢唑啉钠药物膜的微弧氧化钛种植体。

本发明具有如下优点：

1、本发明能够在钛种植体原位形成氧化物涂层与基体匹配好、膜基结合强度高可达30Mpa以上，可适用于不同形状与尺寸的零件，所获得的致密陶瓷层含有对人体骨组织生长有益的硅Si、钙Ca、磷P微量元素，能有助于提高钛基体替换物植入体内与骨组织的结合能力。

2、本发明显著的提高了钛的表面生物活性，扩展了钛作为最理想的骨替代物的应用范围。

3、本发明可预防钛种植体植入体中引起的创口感染，加速创口愈合。

4、本发明处理后的微弧氧化涂层进行EDS能谱检测，涂层中有Na、Si、Ca微量活性元素的存在，Si、Ca元素是生物活性玻璃中的必备元素，通过微弧氧化方法将Si、Ca元素同时引入到陶瓷涂层中尚属首次，可以使二氧化钛的涂层材料可以具有部分生物活性玻璃的性能。模拟体液浸泡，浸泡3天以后用扫描电镜和XRD观察在涂层表面即有羟基磷灰石形成，当达到一周以上肉眼就可看到表面形成的羟基磷灰石，后续观察随浸泡时间增加羟基磷灰石形成数量也增多，一个月以上磷灰石形成数量达到饱和。表明按本发明方法微弧氧化涂层在实际应用中，可以显著提高Ti材料的生物活性。

5、本发明处理后的微弧氧化涂层进行EDS能谱检测，涂层中有Na、P、Ca微量活性元素的存在。P、Ca元素羟基磷灰石形成的必须元素，这两种元素的引入可以弥补涂层表面在活体内Ca、P匮乏的缺点，不利于羟基磷灰石的形成。将本发明按具体实施方式三制备的涂层在模拟体液浸泡，浸泡3天以后用扫描电镜和XRD观察在涂层表面即有羟基磷灰石形成，当达到一周以上肉眼就可看到表面形成的羟基磷灰石，后续观察随浸泡时间增加羟基磷灰石形成数量也增多，一个月以上磷灰石形成数量达到饱和。实验表明，按本发明方法微弧氧化涂层在实际应用中，可以显著提高Ti材料的生物活性。

6、本发明处理后的药物涂层浸入缓冲液中，用高效液相色谱测试溶液浓度，可发现头孢唑啉钠药物膜溶于缓冲液中，药物在半小时内释放90%，一小时可完全释放。

附图说明

图1为具体实施方式一中微弧氧化后钛种植体的扫描电镜照片；

图2为具体实施方式一中微弧氧化后钛种植体的X射线衍射图谱；

图3为具体实施方式一中浸泡头孢唑啉钠药物膜烘干后的扫描电镜照片。

具体实施方式

具体实施方式一：本实施方式的微弧氧化钛种植体上载头孢唑啉钠药物膜的方法包括如下四个步骤：

步骤一：做微弧氧化将钛种植体置于含有碱性电解液的不锈钢槽体中，以钛种植体做阳极，不锈钢槽体为阴极；氧化过程中通过冷却系统控制槽液温度＜50℃；采用双极脉冲电源，通过对微弧氧化电参数的控制，靠钛表面的击穿放电使钛表面形成一层的微弧氧化涂层（图1和图2），微弧氧化涂层厚度为3～10微米。

步骤二：头孢唑啉钠针剂溶于去离子水中，配置一定浓度的头孢唑啉钠水溶液。

步骤三：将微弧氧化后的钛基体浸入头孢唑啉钠水溶液中，浸泡一定时间。

步骤四：取出浸泡头孢唑啉钠后的微弧氧化钛基体，放入烘干箱中一定温度下烘干，获得上载头孢唑啉钠药物膜的微弧氧化钛种植体（图3）。

本实施方式中，所述的微弧氧化的脉冲电压为200～500V、频率400～800Hz、占空比为4～20%、溶液温度0～50℃，氧化时间为5～30min。

本实施方式中，所述的碱性电解液为硅酸盐、磷酸盐或硅酸盐和磷酸盐的混合物。

本实施方式中，所述的微弧氧化制备涂层中引入硅Si、钙Ca或磷P和钙Ca 等微量元素。

本实施方式中，所述的头孢唑啉钠水溶液浓度为10～20g/l。

本实施方式中，所述的微弧氧化钛种植体浸入头孢唑啉钠水溶液中的时间为30～120min。

本实施方式中，所述的微弧氧化钛种植体浸入头孢唑啉钠水溶液取出后烘干温度为30～60℃，烘干时间为2～6h。

本实施方式中，所述的钛种植体形状为任意形状。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是，氧化过程中的能量由可调控高压高频双极脉冲电源提供，脉冲参数为电压200～500V，频率400～800Hz，占空比4～10%。其它步骤与具体实施方式一相同。当外加电压超过置于电解液中钛表面绝缘膜的临界电压时，零件表面产生的火花放电将基体氧化并形成致密的TiO₂氧化物涂层，通过控制电解液的成分，可使对活体有益处的微量元素通过材料的氧化过程被引入到氧化层表面中去，然后将微弧氧化处理的样品浸入一定浓度头孢唑啉钠水溶液中，后续取出浸泡的样品，加温烘干获得上载头孢唑啉钠药物膜的钛种植体。这项技术制备的TiO₂陶瓷层具有优异的耐腐蚀、耐摩擦和生物活性，植入体内后，可避免种植体植入体内引起的创口感染，可加速创口愈合。极大拓展钛作为人体硬组织替换物中的应用范围，因而本发明具有重要的经济与应用价值。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一不同的是，所述的微弧氧化过程的能量由可调控高压高频双极脉冲电源提供，脉冲电压为200～500V、频率400～800Hz、占空比4～20%、溶液温度0～50℃。在上述选定的微弧氧化电参数内，微弧氧化5分钟，涂层的厚度可达到3～10微米。其它步骤与具体实施方式一相同。

具体实施方式四：本实施方式的微弧氧化钛种植体上载头孢唑啉钠药物膜的方法包括如下四个步骤：

步骤一：微弧氧化：将纯Ti置于含有EDTA-2Na、NaOH、Na₂SiO₃·9H₂O和Ca(CH₃COO)₂·H₂O（浓度分别定为15克/升、20克/升、14.2克/升和8.8克/升）以去离子水为溶剂配制成电解液的不锈钢槽体中，调节电源的电压为400V、占空比为8%、频率为600Hz、氧化时间为5min，使纯钛种植体表面形成微弧氧化涂层，厚度为6微米

对采用本实施方式处理后的涂层进行EDS能谱检测，涂层中有Na、Si、Ca微量活性元素的存在。

步骤二：头孢唑啉钠针剂溶于去离子水中，配置浓度为15g/l的头孢唑啉钠水溶液。

步骤三：将微弧氧化后的钛基体浸入头孢唑啉钠水溶液中，浸泡60min。

步骤四：取出浸泡头孢唑啉钠后的微弧氧化钛基体，放入烘干箱中40℃烘干6h，获得上载头孢唑啉钠药物膜的微弧氧化钛种植体。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式四不同的是，对钛种植体进行微弧氧化加入的混合物种类和数量不同，加入物为EDTA-2Na、NaOH、Ca(H₂PO₄)₂·H₂O和Ca(CH₃COO)₂·H₂O（浓度分别定为15克/升、15克/升、6.3克/升和13.2克/升）以去离子水为溶剂配制成电解液。对采用本实施方式处理后的涂层进行EDS能谱检测，涂层中有Na、P、Ca微量活性元素的存在。其它步骤与具体实施方式四相同。

Claims

1.微弧氧化钛种植体上载头孢唑啉钠药物膜的方法，其特征在于所述方法包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的微弧氧化钛种植体上载头孢唑啉钠药物膜的方法，其特征在于所述碱性电解液为硅酸盐、磷酸盐或硅酸盐和磷酸盐的混合物。

3.根据权利要求1所述的微弧氧化钛种植体上载头孢唑啉钠药物膜的方法，其特征在于所述钛种植体为任意形状。

4.根据权利要求1所述的微弧氧化钛种植体上载头孢唑啉钠药物膜的方法，其特征在于所述微弧氧化涂层厚度为3～10微米。

5.根据权利要求1所述的微弧氧化钛种植体上载头孢唑啉钠药物膜的方法，其特征在于所述头孢唑啉钠水溶液浓度为10～20g/L。

6.根据权利要求1所述的微弧氧化钛种植体上载头孢唑啉钠药物膜的方法，其特征在于所述微弧氧化钛种植体浸入头孢唑啉钠水溶液中的时间为30～120min。

7.根据权利要求1所述的微弧氧化钛种植体上载头孢唑啉钠药物膜的方法，其特征在于所述烘干温度为30～60℃，烘干时间为2～8h。

8.根据权利要求1所述的微弧氧化钛种植体上载头孢唑啉钠药物膜的方法，其特征在于所述烘干温度为40℃，烘干时间为6h。

9.根据权利要求1所述的微弧氧化钛种植体上载头孢唑啉钠药物膜的方法，其特征在于所述碱性电解液为EDTA-2Na、NaOH、Na₂SiO₃·9H₂O和Ca(CH₃COO)₂·H₂O以去离子水为溶剂配制的电解液，其浓度分别为15克/升、20克/升、14.2克/升和8.8克/升。

10.根据权利要求1所述的微弧氧化钛种植体上载头孢唑啉钠药物膜的方法，其特征在于所述碱性电解液为EDTA-2Na、NaOH、Ca(H₂PO4)₂·H₂O和Ca(CH₃COO)₂·H₂O以去离子水为溶剂配制的电解液，其浓度分别为15克/升、15克/升、6.3克/升和13.2克/升。