CN103977456A - 一种载万古霉素/羟基磷灰石人工关节假体的制备工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种载万古霉素/羟基磷灰石人工关节假体的制备工艺。首先通过微弧氧化技术在人工关节假体表面制备表面多孔且和基体结合紧密的二氧化钛生物膜，然后采用仿生溶液技术在多孔的二氧化钛生物膜表面生成载万古霉素/羟基磷灰石的复合抗菌生物膜。该复合抗菌生物膜的内层为致密的二氧化钛，外层为多孔结构，多孔结构内充满载万古霉素的羟基磷灰石。本发明采用两步法在人工关节假体表面制备了载万古霉素/羟基磷灰石的复合抗菌生物膜，由于该复合抗菌生物膜从人工关节假体表面原位生长，呈犬牙交错与基体结合，因此具有较高的结合强度，不但明显提高了人工关节假体的生物活性，而且万古霉素的缓释释放具有很好的抗菌效果，对于预防人工关节置换术后的假体感染具有非常重要的意义。
Description
技术领域
本发明涉及人工植入假体涂层的制备方法，具体涉及一种载万古霉素/羟基磷灰石人工关节假体的制备工艺，属于生物医用复合材料应用领域。
背景技术
人工关节置换被公认是各类终极关节疾病的首选治疗方法。然而，随着人工关节置换的数量不断增加，由这一手术产生的假体松动、下沉等并发症也随之增高，严重影响了临床疗效。
钛基金属因其密度小、强度高、比重与人体骨组织相近、并具有良好的生物相容性等优点，是目前人工关节假体的主要植入材料。尽管钛基金属植入物已经达到很高的成功率，但是其仍然面临两项主要的并发症：缺乏有效的骨整合和植入物相关感染，有报道称非骨水泥固定的膝关节假体10 年内的松动率高达 28％，植入物的平均感染率达5%。
羟基磷灰石是人体骨骼和牙齿中最主要的无机物成分，具有良好的生物活性和组织相容性，植入人体后不会引起机体的排斥反应，并且能与骨组织形成强有力的化学结合。羟基磷灰石植入骨组织主要起两方面的作用：一方面能诱导未分化间充质细胞分化成成骨细胞，成骨细胞可以直接附着于羟基磷灰石表面，在其表面生长和增殖，加速新骨的形成；另一方面羟基磷灰石可以抑制破骨细胞的增殖和活性，在植入体的周围加速新骨的形成，抑制骨吸收，所以羟基磷灰石可以用作骨替代材料，为新骨的形成提供支架，发挥骨传导作用，是最理想的硬组织替代材料。
尽管外科技术的进步和严格的无菌原则使感染的几率大大降低，但人工关节置换术后假体感染仍时常发生，当感染发生又不进行关节融合的时候，假体的移除和替换成为彻底清除感染的唯一选择，这些强力的干预手段显著的增加了患者的创伤，延长了住院时间，以及相关的医疗花费。
万古霉素属于糖肽类抗生素，直接作用于细菌细胞壁前体羧基末端的D-丙酰胺-D-丙氨酸，抑制细胞壁蛋白的合成，对各种革兰氏阳性菌都具有高度抗菌活性，是目前治疗耐甲氧西林金黄色葡萄球菌和耐甲氧西林表皮葡萄球菌等所致重症感染的首选抗生素，在临床治疗学上占据重要地位，因此被认为是理想的的局部应用的抗生素之一。
微弧氧化技术，又称等离子氧化技术，是一种新兴的材料表面陶瓷化技术，应用该技术可在钛、镁、铝等金属表面原位生成多孔、粗糙陶瓷薄膜，该技术具有以下特点：(1)膜层孔隙率高；(2)陶瓷膜层从基体生长，与基体结合紧密，不容易脱落；(3)通过改变工艺条件和电解液配方，可以改变膜层的微观结构及获得新的微观结构；(4) 陶瓷膜层厚度易于控制，可操作性强；(5)处理效率高：一般只需5-30min；(6) 操作简单，不需要真空或低温条件，前处理工序少，性价比高，适用于自动化生产。
仿生溶液生长法模仿自然界生理羟基磷灰石的矿化机制，即先配制人工模拟体液SBF，然后将表面预处理的金属置于仿生溶液中，仿生环境下在金属表面上生长羟基磷灰石涂层的方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够在人工关节表面制备载万古霉素/羟基磷灰石复合抗菌生物膜的方法，预防目前人工关节假体置换术后假体松动以及感染等并发症的发生。
本发明所采用的技术方案是，一种载万古霉素/羟基磷灰石人工关节假体的制备工艺，包括以下步骤。
步骤一，人工关节假体表面多孔二氧化钛生物膜的制备。
将0.01mol/L的六偏磷酸钠和0.1mol/L的氢氧化钠溶于去离子水中，充分搅拌混匀,静置60min后，将表面打磨抛光后的人工关节假体浸没在微弧氧化电解液中，以人工关节假体为阳极，不锈钢为阴极进行微弧氧化，其工艺参数为：电压200V-360V，电流密度为3-6 A/dm2，占空比为10-30%，频率为500-600HZ，氧化时间为5-30min。整个过程中控制电解液的温度在30℃以下，反应结束后取出样品，即可在人工关节假体表面多孔二氧化钛生物膜，去离子水冲洗干净后，烘干备用。
步骤二，载万古霉素/羟基磷灰石人工关节假体的制备。
配制仿生人工模拟体液SBF，调节pH值为7.35-7.45之间，按照50mg/100ml加入万古霉素，将上述微弧氧化处理后的人工关节假体植入含万古霉素的SBF溶液中，在37℃的恒温摇床内缓慢震荡，每两天更换一次SBF和万古霉素，两周后取出，自然晾干，即可在人工关节表面生成载万古霉素/羟基磷灰石的复合抗菌生物膜。
本发明通过微弧氧化和仿生技术制备的抗菌复合生物膜内层为致密的二氧化钛，外层为多孔结构，多孔结构内充满载万古霉素的羟基磷灰石。
本发明具有以下有益效果。
本发明采用两步法在人工关节假体表面制备了载万古霉素/羟基磷灰石的复合抗菌生物膜，由于该复合抗菌生物膜层从人工关节接通表面原位生长，呈犬牙交错与基体结合，因此具有较高的结合强度，不但明显提高了人工关节假体的生物活性，而且万古霉素的缓释释放，具有很好的抗菌效果，对于预防人工关节置换术后的假体感染具有非常重要的意义。
附图说明
图1是本发明经微弧氧化技术所制备的表面多孔二氧化钛生物膜的表面形貌SEM图片。
图2是本发明经微弧氧化和仿生溶液技术所制备的载万古霉素/羟基磷灰石复合抗菌生物膜的表面形貌SEM图片。
具体实施方式
实施例1。
将0.01mol/L的六偏磷酸钠和0.1mol/L的氢氧化钠溶于去离子水中，充分搅拌混匀，静置60min后，将表面打磨抛光后的人工关节假体浸没在微弧氧化电解液中，以人工关节假体为阳极，不锈钢为阴极，采用脉冲电源进行微弧氧化，其工艺参数为：:电压200V-360V, 电流密度为3A/dm2，占空比为30%，频率为600HZ，氧化时间为10min。整个过程中控制电解液的温度在30℃以下，反应结束后取出样品，用去离子水冲洗，烘干备用。
步骤二，载万古霉素/羟基磷灰石人工关节假体的制备。
配制仿生人工模拟体液SBF，调节pH值为7.35-7.45之间，按照60mg/100ml加入万古霉素，将上述微弧氧化处理后的人工关节假体植入含万古霉素的SBF溶液中，在37℃的恒温摇床内缓慢震荡，每两天更换一次SBF和万古霉素，两周后取出，自然晾干，即可在人工关节表面生成载万古霉素/羟基磷灰石的复合抗菌生物膜。
实施例2。
将0.01mol/L的六偏磷酸钠和0.1mol/L的氢氧化钠溶于去离子水中，充分搅拌混匀，静置60min后，将表面打磨抛光后的人工关节假体浸没在微弧氧化电解液中，以人工关节假体为阳极，不锈钢为阴极，采用直流电源进行微弧氧化，其工艺参数为：:电压300V, 电流密度为6A/dm2，占空比为20%，频率为600HZ，氧化时间为15min。整个过程中控制电解液的温度在30℃以下，反应结束后取出样品，用去离子水冲洗，烘干备用。
步骤二，载万古霉素/羟基磷灰石人工关节假体的制备。
配制仿生人工模拟体液SBF，调节pH值为7.35-7.45之间，按照60mg/100ml加入万古霉素，将上述微弧氧化处理后的人工关节假体植入含万古霉素的SBF溶液中，在37℃的恒温摇床内缓慢震荡，每两天更换一次SBF和万古霉素，两周后取出，自然晾干，即可在人工关节表面生成载万古霉素/羟基磷灰石的复合抗菌生物膜。
Claims (7)
1.一种载万古霉素/羟基磷灰石人工关节假体的制备工艺，其特征在于，具体步骤如下:
步骤一，人工关节假体表面多孔二氧化钛生物膜的制备：
配制微弧氧化电解质溶液，将表面打磨抛光后的人工关节假体浸没在微弧氧化电解液中，以人工关节假体为阳极，不锈钢为阴极进行微弧氧化，整个过程中控制电解液的温度在30℃以下，氧化时间为5-30min，反应结束后取出样品，即可在人工关节假体表面生成表面多孔的二氧化钛生物膜，用去离子水冲洗干净，烘干备用。
2.步骤二，载万古霉素/羟基磷灰石人工关节假体的制备：
配制仿生人工模拟体液SBF，按照60mg/100ml加入万古霉素，将上述微弧氧化处理后的人工关节假体植入含万古霉素的SBF溶液中，在37℃的恒温摇床内缓慢震荡，每两天更换一次SBF和万古霉素，两周后取出，自然晾干，即可在人工关节表面生成载万古霉素/羟基磷灰石的复合抗菌生物膜。
3.根据权利要求1所述的载万古霉素/羟基磷灰石人工关节假体的制备工艺，其特征在于：
所述人工关节假体的材料为钛基金属。
4.根据权利要求1所述的载万古霉素/羟基磷灰石人工关节假体的制备工艺，其特征在于：
步骤一中微弧氧化电解液的配制方法为：将0.01mol/L的六偏磷酸钠和0.1mol/L的氢氧化钠溶于去离子水中，充分搅拌混匀，静置60min后备用。
5.根据权利要求1所述的载万古霉素/羟基磷灰石人工关节假体的制备工艺，其特征在于：
步骤一中的微弧氧化的工艺参数为：:电压200V-360V, 电流密度为3-6A/dm2,占空比为10-30%，频率为500-600HZ。
6.根据权利要求1所述的载万古霉素/羟基磷灰石人工关节假体的制备工艺，其特征在于：
步骤二中SBF配制方法为在 800ml 蒸馏水中依顺序加入 NaCl 7.996g，NaHCO3 0.350g，KCl 0.224g, K2HPO4·3H2O 0.228g，MgCl2·6H2O 0.305g, CaCl2 0.278g，Na2SO4 0.071g，用50mmol/L缓血酸胺（CH2OH）·3CNH2和0.1MHCl缓冲pH值为7.35-7.45，定容至1000ml。
7.根据权利要求1所述的载万古霉素/羟基磷灰石人工关节假体的制备工艺，其特征在于：该复合抗菌生物膜的内层为致密的二氧化钛，外层为多孔结构，多孔结构内充满载万古霉素的羟基磷灰石。
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