CN107304472A - 兼具骨修复功能和抗菌性能的医用钛基复合涂层及其制备方法 - Google Patents

兼具骨修复功能和抗菌性能的医用钛基复合涂层及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及兼具骨修复功能和抗菌性能的医用钛基复合涂层及其制备方法，所述医用钛基复合涂层为在医用钛基材料表面注入锌/铜二元离子形成的铜锌离子注入层，其中在所述医用钛基复合涂层中，锌元素以锌化合物和/或金属锌和/或锌合金的形式存在，铜元素以铜化合物和/或金属铜和/或铜合金的形式存在。细胞相容和分子生物学实验结果表明，经过本发明改性处理得到的钛基材料对成骨相关细胞的增殖有明显的促进作用，并能显著上调成骨和成血管相关基因的表达。

Description

兼具骨修复功能和抗菌性能的医用钛基复合涂层及其制备方 法
技术领域
本发明属于医用材料技术领域，具体涉及一种采用锌/铜二元离子注入医用钛材料的表面改性方法。
背景技术
钛(Ti)及其合金具有弹性模量低、机械性能强、耐腐蚀性和生物相容性好等特点，是硬组织植入体(如人工关节、骨创伤产品、脊柱矫形内固定系统和牙种植体等)的首选材料。然而，现阶段钛合金植入体的平均寿命为10-15年，仍远不能满足患者的要求。长期临床跟踪及研究发现：(1)骨再生能力差，与周围组织结合不佳；(2)表面无持久抗菌性易导致术后细菌感染是影响植入体移植成功率和使用寿命的两大关键问题(Progress in MaterialsScience,2009,54:397-425)。
近年来，抗生素滥用导致耐药性问题日益凸显，人们呼吁能够减少对抗生素的依赖。大量研究表明，无机抗菌元素如银、铜和锌，可赋予其抗菌性且这种抗菌性具有广谱和不易产生耐药等优点(Nature Reviews Microbiology,2013,11:371-384)。由于适量锌、铜对维持人体正常免疫功能具有重要作用，有利于减少炎症反应，促进创伤愈合，因此是更为理想的抗菌型试剂(American Journal of Clinical Nutrition,1998,68:447S-463S)。
研究表明，微量元素如锌摄入不足会阻碍骨骼生长，延缓骨骼发育，降低骨密度，容易引起骨质疏松等疾病(Bone,2010,46(3):732-741)，而适量的锌补给对于骨稳态的调节具有非常积极的作用，不但能够加速成骨细胞的成熟和分化，促进新骨的形成和重建，还能够抑制破骨细胞坑的形成，降低破骨细胞的骨吸收活性(Journal of Nutritional Biochemistry,2010,21(4):297-303)。目前，国内外主要通过膳食锌补充、锌注射来讨论锌元素对成骨相关性能的影响。
最近有研究报道，骨组织中血管生成与骨的形成作用是相互联系的。中南大学湘雅二医院的廖二元教授和约翰霍普金斯大学医学院的曹旭教授合作研究发现破骨前体细胞分泌的血小板衍生因子(PDGF-BB)可通过内皮祖细胞的募集促进血管生成，在偶联血管和骨形成过程中发挥了重要作用，最终提出了血管生成-成骨细胞-破骨细胞的“三元调控理论”，首次解释了骨生成的新机制(Nature Medicine,2014,20:1270-1278)。现阶段研究表明，铜离子可促进血管内皮生长因子的上调表达和血管生成(American Journal of Pathology1988,130(1):173-178)。
除此之外，现阶段锌和铜的抗菌性研究还主要集中于游离纳米颗粒产生自由基对细菌起到杀菌作用(ACS Nano,2012,6(6):5164-5173)。然而到目前为止，游离纳米颗粒的安全性问题还未有定论，对细胞及生物系统具有潜在的危险性(ACS Nano,2008,2(10):2121-2134)。
发明内容
本发明针对目前临床使用钛基种植体骨修复能力不足导致种植体与周围组织整合性和血管形成有限，以及抗菌性差带来的二次手术等技术问题，本发明的目的是提供一种钛表面改性方法以满足医用钛材料所需的骨修复性能和抗菌性能的要求。
为了解决上述问题，本发明提供了一种医用钛基复合涂层，所述医用钛基复合涂层为在医用钛基材料表面注入锌/铜二元离子形成的铜锌离子注入层，其中在所述医用钛基复合涂层中，锌元素以锌化合物和/或单质锌和/或锌合金的形式存在，铜元素以铜化合物和/或单质铜和/或铜合金的形式存在。
本发明将锌元素和铜元素两者引入到医用钛基材料表面可获得所需的骨修复性能和抗菌性能，而且共注入锌/铜二元离子，可将各个注入离子的注入量控制在生物安全范围内。
较佳地，医用钛基表面锌的原子百分比为40％以下，铜的原子百分比为10％以下。
较佳地，铜和锌元素的注入深度为0～100nm。
本发明还提供了一种医用钛基材料的表面改性方法，包括：以纯锌和纯铜作为阴极，采用等离子体浸没离子注入/镀膜技术在医用钛基材料的表面注入锌/铜二元离子，以促进所述医用钛基材料对成骨相关细胞的增殖，上调成骨和成血管相关基因的表达，提高材料表面抗菌性。
较佳地，所述等离子体浸没离子注入/镀膜(PIII&D)技术工艺参数为：真空室真空度为5.0×10-2～6×10-5Pa，注入电压为5～80kV，高压脉宽为0～5000μs，脉冲弧脉宽为0～5000μs，频率为5～20Hz，锌注入时间为1～180分钟，铜注入时间为1～180分钟。
较佳地，采用等离子体浸没离子注入/镀膜技术在医用钛基表面注入锌/铜二元离子的顺序可为锌/铜共注、先锌后铜或先铜后锌。
较佳地，在注入之前先对所述医用钛基材料的表面进行预处理，所述预处理包括抛光处理和清洗处理，或者抛光清洗后再进行喷砂处理。
较佳地，所述医用钛基材料可为纯钛、钛合金或氧化钛涂层。
本发明中医用钛基复合涂层的特征在于可通过调节工艺参数使锌和铜的掺杂深度控制在材料浅表面；掺杂含量控制在一个离子释放较低的生物安全范围内。细胞相容和分子生物学实验结果表明，经过本发明改性处理得到的钛基材料对成骨相关细胞的增殖有明显的促进作用，并能显著上调成骨和成血管相关基因的表达。平板计数法和细菌SEM形貌图证实，经过本发明处理得到的钛基材料对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌均具有良好的抗菌能力。经过本发明改性处理得到的钛基材料能够有效提高植入体的骨整合性能、成血管性能和广谱抗菌性能，有助于解决目前临床上入体骨整合能力和抗菌性能不足的问题。
附图说明
图1是经实施例1改性处理得到的钛基材料与纯钛表面的扫描电镜形貌对照图；
图2是经实施例1改性钛基材料表面锌的高分辨XPS谱图；
图3是经实施例1改性钛基材料表面铜的高分辨XPS谱图；
图4是经实施例1改性钛基材料对大鼠骨髓间充质干细胞的细胞增殖图；
图5是经实施例1改性钛基材料对大鼠骨髓间充质干细胞成骨和成血管相关基因的调控图；
图6是经实施例1改性钛基材料对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的细菌平板图；
图7是经实施例2改性钛基材料的元素深度分布图谱；
图8是经实施例2改性钛基材料的腐蚀电位图；
图9是经实施例2改性钛基材料对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的SEM形貌图；
图10是经实施例2改性钛基材料对大鼠骨髓间充质干细胞的细胞骨架形貌图；
图11是经实施例3改性钛基材料对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的SEM形貌图；
图12是经实施例3改性钛基材料对大鼠骨髓间充质干细胞的细胞粘附图。
具体实施方式
以下通过下述实施方式进一步说明本发明，应理解，下述实施方式仅用于说明本发明，而非限制本发明。
本发明提供一种医用钛表面改性方法以及由此获得的医用钛基复合涂层以满足医用钛材料所需的骨修复性能和抗菌性能的要求。所述医用钛基复合涂层为在医用钛基材料表面注入锌/铜二元离子形成的铜锌离子注入层，其中在所述医用钛基复合涂层中，锌元素以锌化合物和/或金属锌和/或锌合金的形式存在，铜元素以铜化合物和/或金属铜和/或铜合金的形式存在。医用钛基表面锌的原子百分比不超过40％，铜的原子百分比不超过10％。在此范围内的改性钛基材料具有较好的细胞相容性、抗菌性和成血管性能。以下示例性地说明改性方法。
本发明采用等离子体浸没离子注入/镀膜技术(PIII&D)在医用钛基材料的表面注入锌/铜二元离子进行改性，以促进所述医用钛基材料对成骨相关细胞的增殖，并上调成骨和成血管相关基因的表达。在注入之前，可对钛基材料表面进行预处理。其中，所述的钛基材料可为纯钛、钛合金或氧化钛涂层。所述预处理可为钛基材料表面抛光、清洗、干燥等处理。作为一个示例，将10mm×10mm×1mm的纯钛片经过抛光处理后，依次用丙酮、无水乙醇和去离子水超声清洗干净，每次10分钟。所述预处理还可为对钛基材料表面抛光、清洗、干燥等处理后再进行喷砂。作为一个示例，将10mm×10mm×1mm的纯钛片经过抛光处理后，依次用丙酮、无水乙醇和去离子水超声清洗干净，每次10分钟。对钛片进行喷砂处理，将其表面磨成具有微米粗糙度的结构层。再用HCl/H2SO4混酸在60℃对喷砂样品进一步处理8h。所述预处理还可为对钛基材料表面抛光、清洗、干燥等处理后再进行直流脉冲等离子提电解氧化工艺处理制备TiO2涂层。作为一个示例，将10mm×10mm×1mm的纯钛片经过抛光处理后，依次用丙酮、无水乙醇和去离子水超声清洗干净，每次10分钟。所采用的电解液由0.1mol/L醋酸钙和0.05mol/L甘油磷酸钠组成。采用的参数为：恒流模式、固定频率为800Hz，占空比10％，处理时间约4分钟，电流密度16.5A/dm2，终止电压为420V。
本发明可以纯锌和纯铜作为阴极，采用等离子体浸没离子注入/镀膜(PIII&D)技术在预处理后钛基材料表面注入锌/铜二元离子，得到所述医用钛基复合涂层(铜锌离子注入层)。其中，注入的顺序可为先锌后铜、先铜后锌或锌铜共注中的一种。等离子体浸没离子注入/镀膜(PIII&D)技术工艺参数可为：真空室真空度为5.0×10-2～6×10-5Pa，注入电压为5～80kV，高压脉宽为0～5000μs，脉冲弧脉宽为0-5000μs，频率为5～20Hz，锌注入时间为1～180分钟，铜注入时间为1～180分钟。作为一个示例，以纯锌和纯铜作为阴极，按照锌铜共注的注入顺序，采用的等离子体浸没离子注入/镀膜(PIII&D)技术(工艺参数为：本底真空度为5.0×10-3Pa，注入电压为15kV，高压脉宽为500μs，脉冲弧脉宽为800μs，频率为5Hz，锌铜注入时间为60分钟)在预处理后钛基材料表面注入锌/铜二元离子，得到所述钛基复合涂层。
参见图1所示，发明的改性方法获得的钛基复合涂层基本保持纯钛的表面结构，即、本发明的改性方法基本不影响材料表面微结构。又参见图2、3可知，在改性钛表面，锌元素以氧化锌的形式存在，铜元素以氧化铜和单质铜的形式存在。铜离子和/或锌离子的注入深度为0～100nm，这样可控制元素掺杂含量在一个比较小的浓度范围内，使改性材料具有良好的生物安全性。
下面进一步例举实施例以详细说明本发明。同样应理解，以下实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术人员根据本发明的上述内容作出的一些非本质的改进和调整均属于本发明的保护范围。下述示例具体的工艺参数等也仅是合适范围中的一个示例，即本领域技术人员可以通过本文的说明做合适的范围内选择，而并非要限定于下文示例的具体数值。
实施例1
将10mm×10mm×1mm的纯钛片经过抛光处理后，依次用丙酮、无水乙醇和去离子水超声清洗干净，每次10分钟。采用等离子体浸没离子注入/镀膜技术，将锌和铜按锌铜共注的方式(Zn+Cu-PIII)注入钛基体，所得钛基复合涂层中离子注入深度为0～70nm。钛表面锌的原子百分比为9.78％，铜的原子百分比为2.56％。其具体的工艺参数见表1所示：
表1锌/铜二元离子注入参数
注入电压(kV) 15 高压脉宽(μs) 500
锌铜共注时间(分钟) 60 脉冲弧脉宽(μs) 800
频率(Hz) 5 真空度 5.0×10-3
图1是经本实施例改性处理得到的钛基材料与纯钛表面的扫描电镜形貌对照图，内插图为高倍电镜图。由图1可见：经本实施例改性处理得到的钛基材料与改性前的纯钛表面相比，没有显著改变。
图2是经本实施例改性处理得到的钛基材料表面锌的高分辨XPS谱图。图3是经本实施例改性处理得到的钛基材料表面铜的高分辨XPS谱图。由图2和图3可表明：锌在改性处理得到的钛基材料表面以氧化锌的形式存在，铜在改性处理得到的钛基材料表面主要以CuO(962.2eV,941.7eV,933.8eV)和单质铜(953.6eV)的形式存在。
实施例2
将10mm×10mm×1mm的纯钛片经过抛光处理后，依次用丙酮、无水乙醇和去离子水超声清洗干净，每次10分钟。采用等离子体浸没离子注入/镀膜技术，将锌和铜按锌铜共注的方式(Zn+Cu-PIII)注入钛基体，所得钛基复合涂层中离子注入深度为0～70nm。钛表面锌的原子百分比为0.91％，铜的原子百分比为0.04％。其具体的工艺参数见表2所示：
表2锌/铜二元离子注入参数
实施例3
将10mm×10mm×1mm的纯钛片经过抛光处理后，依次用丙酮、无水乙醇和去离子水超声清洗干净，每次10分钟。采用等离子体浸没离子注入/镀膜技术，将锌和铜按先铜后锌共注的方式(Zn+Cu-PIII)注入钛基体，所得钛基复合涂层中离子注入深度为0～100nm。钛表面锌的原子百分比为26.33％，铜的原子百分比为0.01％。其具体的工艺参数见表2所示：
表3锌/铜二元离子注入参数
铜注入电压(kV) 15 高压脉宽(μs) 500
铜注入时间(分钟) 60 脉冲弧脉宽(μs) 800
锌注入电压(分钟) 5 频率(Hz) 5
锌注入时间(分钟) 60 真空度 5.0×10-3
实施例4
将10mm×10mm×1mm的纯钛片经过抛光处理后，依次用丙酮、无水乙醇和去离子水超声清洗干净，每次10分钟。对钛片进行喷砂处理，将其表面磨成具有微米粗糙度的结构层。用HCl/H2SO4混酸在60℃对喷砂样品进一步处理8h。然后采用等离子体浸没离子注入/镀膜技术对喷砂酸处理后的钛按照先铜后锌的方式注入。钛表面锌的原子百分比为0.52％，铜的原子百分比为0.31％。由于微纳结构表面粗糙度较大，无法准确测量其元素注入深度，结合离子注入工艺的特点和所使用的参数，预估离子注入深度约为0～100nm。本实施例所采用的注入参数与实施例2接近，同样具有良好的生物学性能。其具体的工艺参数见表4所示：
表4锌/铜二元离子注入参数
注入电压(kV) 30 高压脉宽(μs) 500
铜注入时间(分钟) 60 锌注入时间(分钟) 30
脉冲弧脉宽(μs) 500 频率(Hz) 5
实施例5
将10mm×10mm×1mm的纯钛片经过抛光处理后，依次用丙酮、无水乙醇和去离子水超声清洗干净，每次10分钟。利用直流脉冲等离子体电解氧化工艺处理，使钛片表面形成5～10μm厚度的TiO2涂层。所采用的电解液由0.1mol/L醋酸钙和0.05mol/L甘油磷酸钠组成。采用的参数为：恒流模式、固定频率为800Hz，占空比10％，处理时间约4分钟，电流密度16.5A/dm2，终止电压为420V。钛表面锌的原子百分比为0.34％，铜的原子百分比为0.04％。采用等离子体浸没离子注入/镀膜技术对电解氧化后的氧化钛涂层按照先锌后铜的方式注入，所得钛基复合涂层中离子注入深度约为0～100nm。本实施例所采用的注入参数与实施例2接近，同样具有良好的生物学性能。其具体的工艺参数见表5所示：
表5锌/铜二元离子注入参数
注入电压(kV) 30 高压脉宽(μs) 500
锌注入时间(分钟) 60 铜注入时间(分钟) 30
脉冲弧脉宽(μs) 500 频率(Hz) 5
实施例5
对经上述实施例1改性处理得到的钛材料进行细胞相容性测试。大鼠骨髓间充质干细胞(rBMSCs)由中国科学院干细胞资源库提供，用含10％FBS和1％双抗(青霉素/链霉素)的α-MEM在37℃、5％CO2气氛条件下培养。将尺寸为10mm×10mm×1mm的样品放入24孔板中，将rBMSCs以1×104/ml的密度种植于样品表面。培养1、4和7天后，将alamarblue溶液加入24孔板，随后放入培养箱继续培养4h。利用酶标仪在570nm和600nm波长下测试其吸光度，根据试剂说明书，计算细胞增殖，结果如图4所示。
由图4可见(Zn-PIII表示锌单独注入钛，Cu-PIII表示铜单独注入钛，两者注入参数均与锌/铜共注相同)，经本实施例改性处理得到的钛比改性前的纯钛以及纯钛单独注入锌和铜更有利于促进细胞增殖，具有更好的细胞相容性。
实施例6
对经上述实施例1改性处理得到的钛材料进行成骨和成血管相关基因表达的测试。将3个尺寸为20mm×20mm×1mm的样品放在6cm的培养皿中，细胞以1x105的密度接种，每隔3天换液，培养7或14天后，利用Trizol提取样品表面细胞的RNA。采用反转录试剂盒Transcriptor First-strand cDNA Synthesis Kit(Roche)将RNA按照说明书操作进行反转录，将得到的cDNA模板按照LightCycler 480 SYBR Green I Master(Roche)操作说明书加入检测体系，使用Roche LightCycler 480 II全自动荧光定量PCR系统进行Real-time PCR反应，结果如图5所示。
如图5所示(Zn-PIII表示锌单独注入钛，Cu-PIII表示铜单独注入钛，两者注入参数均与锌/铜共注相同)，与纯钛、单独锌或者铜注入样品相比，Zn+Cu-PIII在第7天和14天均上调本实验所观察基因的表达水平，ALP(p<0.001)、Col-I(p<0.01)、OCN(p<0.05)、BMP-2(p<0.05)、VEGF(p<0.001)和HIF-1α(p<0.01)，且此差异具有统计学意义。单独锌注入和铜注入的样品相比，单独锌注入的样品对成骨相关基因的促进作用更为显著，而单独铜注入的样品对成血管基因的促进作用更为显著，而Zn+Cu-PIII能同时促进成骨和成血管基因的表达，表明兼具良好的成骨性能和成血管性能。
实施例7
对经上述实施例1改性处理得到的钛材料进行抗菌性能测试。将保存的细菌(大肠杆菌和金黄色葡萄球菌)从-80℃取出，分别利用LB和TSB培养基进行复苏。待细菌复苏后，用生理盐水将菌液稀释至107CFU/ml，并取出100μl滴于样品表面，在37℃恒温培养箱中培养24h。然后生理盐水将样品表面菌液冲洗下来，并分别稀释10倍、100倍及1000倍；再分别取稀释好的菌液100μl置于营养琼脂板上，用玻璃棒推均匀(每种稀释倍数菌液推三块琼脂板)，置于37℃恒温箱中培养24h后，观察琼脂板上菌落数，结果如图6所示。
如图6所示(Zn-PIII表示锌单独注入钛，Cu-PIII表示铜单独注入钛，两者注入参数均与锌/铜共注相同)，相比于纯钛、单独的锌注入或铜注入样品，锌/铜二元注入样品上的菌落数有较大程度的下降，表现出更高的抗菌效率。
实施例8
对经上述实施例2改性处理得到的钛材料进行XPS深度图谱测试。XPS测试时，仪器条件如下：Al Kα激发源，真空室气压小于2×10-6Pa，溅射速度为6.456nm/min，用XPS Peak4.1软件分析处理结果，结果如图7所示。
如图7所示，锌和铜的原子百分比含量在钛表面注入层呈现高斯分布，注入深度约为70nm。在表面(～0nm)的原子百分比含量较低，分别为0.91％(Zn)和0.04％(Cu)，而在30-40nm深度，Zn和Cu元素的原子百分比含量较高，约为5％。
实施例9
对实施例2改性处理得到的钛基材料与纯钛、纯钛单独注入锌和单独注入铜样品进行耐腐蚀性测试：工作电极为检测样品，对电极为石墨棒，参比电极为甘汞电极，利用电化学工作站进行耐腐蚀性测试，测试电压为-0.8～-0.1V，如图8所示。
由图8可见(Zn-PIII表示锌单独注入钛，Cu-PIII表示铜单独注入钛，两者注入参数均与锌/铜共注相同)，锌入的改性样品相对于钛腐蚀电位改变不明显，而铜注入和锌/铜共注的样品，相对于钛，腐蚀电位向正向偏移。锌/铜共注的样品相对于钛偏移的更多，表明锌/铜共注的钛材料腐蚀性能增强。
实施例10
对实施例2改性处理得到的钛基材料与纯钛、纯钛单独注入锌和单独注入铜样品的抗菌性能进行测定。将保存的细菌(大肠杆菌和金黄色葡萄球菌)从-80℃取出，分别利用LB和TSB培养基进行复苏。待细菌复苏后，用生理盐水将菌液稀释至107CFU/ml，并取出100μl滴于样品表面，在37℃恒温培养箱中培养24h。PBS清洗后，用2.5％的戊二醛固定，并利用梯度乙醇(30％，40％，50％，75％，90％，95％，100％)和六甲基二硅氮烷脱水干燥，干燥后进行SEM观察，如图9所示。
由图9可见(Zn-PIII表示锌单独注入钛，Cu-PIII表示铜单独注入钛，两者注入参数均与锌/铜共注相同)，与单独锌注入或铜注入的样品上完整的细菌形态相比，锌/铜共注入的钛表面会造成细菌细胞壁严重破损，导致细菌内容物流出，细菌死亡。
实施例11
对实施例2改性处理得到的钛基材料与纯钛、纯钛单独注入锌和单独注入铜样品的细胞粘附性能进行测试。样品灭菌后，将密度为3×104个/ml的细胞悬浮液1ml接种于样品表面，培养1、4和24小时后，PBS清洗样品2遍，分别利用4％多聚甲醛(PFA)进行固定，TritonX-100进行通透，1％BSA封闭，用FITC-Phalloidin对细胞骨架进行染色，于荧光显微镜进行观察，结果如图10所示。
由图10可见(Zn-PIII表示锌单独注入钛，Cu-PIII表示铜单独注入钛，两者注入参数均与锌/铜共注相同)，细胞在纯钛表面培养1小时基本上未铺展，而锌注入、铜注入和锌/铜共注表面上细胞铺展的比纯钛表面要好；培养4和24小时后，细胞在所有钛基材料表面均铺展良好，相比较而言，锌/铜共注的钛表面更有利于细胞的铺展。
实施例12
对实施例3改性处理得到的钛基材料和纯钛的抗菌性能进行测定。将保存的细菌(大肠杆菌和金黄色葡萄球菌)从-80℃取出，分别利用LB和TSB培养基进行复苏。待细菌复苏后，用生理盐水将菌液稀释至107CFU/ml，并取出100μl滴于样品表面，在37℃恒温培养箱中培养24h。PBS清洗后，用2.5％的戊二醛固定，并利用梯度乙醇(30％，40％，50％，75％，90％，95％，100％)和六甲基二硅氮烷脱水干燥，干燥后进行SEM观察，如图11所示。
由图11可见，与纯钛上完整的细菌形态相比，锌/铜共注入的钛表面会造成细菌细胞膜破损，导致细菌内容物流出，细菌死亡。
实施例13
对实施例3改性处理得到的钛基材料和纯钛的细胞粘附性能进行测试。样品灭菌后，将密度为1×105个/ml的细胞悬浮液1ml接种于样品表面，培养1、4和24小时后，PBS清洗样品2遍，加入10％培养液体积的PrestoBlue试剂，进一步培养30分钟，然后取100μl测试其荧光强度(Ex:560nm，Em:590nm)，结果如图12所示。
由图12可见，细胞在锌/铜注入样品上的细胞粘附与纯钛相比没有显著变化，具有较好的细胞相容性。

Claims (7)

1.一种医用钛基复合涂层，其特征在于，所述医用钛基复合涂层为在医用钛基材料表面注入锌/铜二元离子形成的铜锌离子注入层，其中在所述医用钛基复合涂层中，锌元素以锌化合物和/或金属锌和/或锌合金的形式存在，铜元素以铜化合物和/或金属铜和/或铜合金的形式存在。
2.根据权利要求1所述的医用钛基复合涂层，其特征在于，医用钛基表面锌的原子百分比为40%以下，铜的原子百分比为10%以下。
3.根据权利要求1或2所述的医用钛基复合涂层，其特征在于，铜和锌元素的注入深度为0～100 nm。
4.一种医用钛基材料的表面改性方法，其特征在于，包括：以纯锌和纯铜作为阴极，采用等离子体浸没离子注入/镀膜技术在医用钛基材料的表面注入锌/铜二元离子，以促进所述医用钛基材料对成骨相关细胞的增殖，上调成骨和成血管相关基因的表达，提高材料表面抗菌性。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述等离子体浸没离子注入/镀膜技术工艺参数为：真空室真空度为5.0×10-2～5×10-5 Pa，注入电压为5～80 kV，高压脉宽为0～5000 µs，脉冲弧脉宽为0～5000 µs，频率为5～20 Hz，锌注入时间为1～180分钟，铜注入时间为1～180分钟。
6.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于，采用等离子体浸没离子注入/镀膜技术在医用钛基表面注入锌/铜二元离子的顺序可为锌/铜共注、先锌后铜或先铜后锌。
7.根据权利要求4-6中任一项所述的方法，其特征在于，所述医用钛基材料为纯钛、钛合金或氧化钛涂层。
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