CN109999224A - 一种抗菌与生物相容性骨植入材料及其制备方法和应用 - Google Patents

一种抗菌与生物相容性骨植入材料及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种抗菌与生物相容性骨植入材料及其制备方法和应用。本发明提供了一种抗菌与生物相容性骨植入材料，包括骨植入材料以及形成于骨植入材料表面的复合抗菌层；所述复合抗菌层通过将含碳等离子体或含硅等离子体注入到骨植入材料表面层得到过渡层，再将含氮等离子体或含磷等离子体注入到过渡层得到；所述含碳等离子体、含硅等离子体、含氮等离子体和含磷等离子体中均不包含氢元素和氧元素；所述抗菌与生物相容性骨植入材料的相对表面电势为0.01～0.5V。本发明采用等离子体注入技术构建高电势表面，赋予骨植入材料表面抗菌和生物安全性。

Description

一种抗菌与生物相容性骨植入材料及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及生物医用材料技术领域。更具体地，涉及一种抗菌与生物相容性骨植入材料及其制备方法和应用。
背景技术
植入材料主要包括关节替换、接骨板、骨植入材料和牙种植材料，由于植入材料本身不具备抗菌抗感染能力，在临床使用过程中易于发生细菌定植，诱发组织炎症，而依靠药物降低骨植入材料周围炎症发生的方法存在着作用时间短，易产生耐药性等缺点。因此对其进行抗菌改性，增强其抗菌、抗感染能力，是预防种植体周围炎症，改善临床应用成功率的主要方法。
然而当前赋予骨植入材料抗菌性能的方法主要集中在表面化学接枝、在骨植入材料本体引入抗菌剂等方法，效果却不十分理想。例如通过表面化学接枝将抗菌肽接枝到骨植入材料表面，不仅抗菌肽的成本较高，而且结合不牢，在骨植入材料植入过程中，容易使抗菌涂层脱落；另外通过多巴胺修饰种植体后将抗菌剂接枝到种植体表面存在着接枝过程中化学残留的问题，而且在体内复杂的环境下抗菌效果也不持久；除此之外，通常使用的引入抗菌剂的方法，存在着离子析出问题，具有潜在的细胞毒性。
专利CN106702341A提出了一种基于等离子体浸没离子注入技术的聚醚醚酮材料改性方法，在不降低主体材料优异的力学性能的同时能够极大地提高聚醚醚酮材料表面的生物活性，使其具有优异的生物相容性。然而该方法引入了大量氢元素和氧元素，影响材料的表面电势，不能达到杀灭细菌的效果，另外，由于此方法提高了材料的表面能，更有利于细菌的黏附，因此进一步影响材料的抗菌性能。
因此，本发明提供了一种抗菌与生物相容性骨植入材料及其制备方法和应用，以解决上述技术问题。
发明内容
本发明的第一个目的在于提供一种抗菌与生物相容性骨植入材料。
本发明的第二个目的在于提供一种抗菌与生物相容性骨植入材料的制备方法。
本发明的第三个目的在于提供一种抗菌与生物相容性骨植入材料的应用。
为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种抗菌与生物相容性骨植入材料，包括骨植入材料以及形成于骨植入材料表面的复合抗菌层；所述复合抗菌层通过将含碳等离子体或含硅等离子体注入到骨植入材料表面层得到过渡层，再将含氮等离子体或含磷等离子体注入到过渡层得到；所述含碳等离子体、含硅等离子体、含氮等离子体和含磷等离子体中均不包含氢元素和氧元素；
所述抗菌与生物相容性骨植入材料的相对表面电势为0.01～0.5V。本发明中所述过渡层以及复合抗菌层中均不包含氢元素和氧元素；氢元素、氧元素的存在会导致材料的表面相对电势不能达到杀灭细菌的要求，影响材料的抗菌效果；本发明的相对表面电势较高，在赋予材料生物相容性的同时，也具有优异的抗菌效果。
为了赋予骨植入材料优异的抗菌性能，本发明通过将能形成稳定结构的碳或硅等离子体以及能提高表面电势的含氮等离子体或含磷等离子体注入骨植入材料表面，在骨植入材料表面形成了复合抗菌层；通过高含量的碳或硅化学结构与骨植入材料形成碳化结构或硅化结构，增强与骨植入材料基材之间的结合力、不易脱落，有效维持表面力学强度、耐磨性好，随后注入氮或磷等离子体与碳或硅结构反应，生成含氮或含磷化学结构可以有效赋予较高的表面电势，达到赋予优良的抗菌活性和生物活性。
优选地，所述含碳等离子体的碳源为石墨或不定形碳。
优选地，所述含硅等离子体的硅源为硅单质。
优选地，所述含氮等离子体的氮源为氮气。
优选地，所述含磷等离子体的磷源为红磷或黑磷。本发明构建目标含氮或含磷化学结构时采用氮气或磷单质所产生的等离子体避免了结构中含有大量氢元素影响，有利于提高结构的可控性，也有助于提高表面电势。
优选地，所述骨植入材料为聚醚醚酮(PEEK)、钛合金或锆陶瓷。
优选地，所述复合抗菌层的厚度为1～500nm，在等离子体注入剂量相同的情况下，复合抗菌层越厚，其抗菌效果越差。
优选地，所述复合抗菌层中碳元素或硅元素在注入元素总量中的质量百分比为≥50wt％。
本发明还提供了上述抗菌与生物相容性骨植入材料的制备方法，包括如下步骤：
通过等离子注入技术将含碳等离子体或含硅等离子体注入到骨植入材料表面获得过渡层；通过等离子注入技术向过渡层注入含氮等离子体或含磷等离子体得到复合抗菌层，制得所述抗菌与生物相容性骨植入材料。本发明采用碳或硅单质产生的等离子体注入到骨植入材料表面，所生产的结构中碳或硅元素质量百分例都高于50wt％；相对于专利CN201611049562.0和CN201280039960.8,本发明可以为后续构建目标含氮或含磷化学结构提供高度碳或硅结构平台；此外，本发明与常规等离子体注入金属离子如Cu2+、Zn2+、Ag+相比，属于接触物理抗菌，且不存在任何化学物质析出问题而且无潜在的细胞毒性，并且不破坏骨植入材料本身的结构影响其生物相容性。
优选地，所述制备方法，具体包括如下步骤：
1)将骨植入材料置于离子注入机的注入腔内中，密封并抽真空，腔内压强不高于1.0×10-1Pa；
2)开启离子注入机，将1.0×1010～1.0×1020ions/cm2剂量的含碳等离子体或含硅等离子体注入到骨植入材料表面获得过渡层，注入过程中，注入电压大于5KV，保持腔内压强不高于1.0×10-1Pa，注入结束后关闭离子注入机，保持注入腔内压强不高于1.0×10- 1Pa，保压1min～60min；
3)再次开启离子注入机，向步骤2)制得的过渡层注入1.0×1010～1.0×1020ions/cm2剂量的含氮等离子体或含磷等离子体获得复合抗菌层，注入过程中注入电压大于5KV，保持腔内压强不高于1.0×10-1Pa，注入结束后关闭离子注入机电源，保持注入腔内压强不高于1.0×10-1Pa，保压1min～60min后通入空气，获得抗菌与生物相容性骨植入材料。
优选地，当骨植入材料为聚醚醚酮时，在向骨植入材料注入含碳等离子体或含硅等离子体前通过等离子注入技术注入1.0×1010～1.0×1020ions/cm2剂量的氩等离子体对骨植入材料进行预处理，氩等离子处理后更有利于碳或硅过渡层的构建，而且能有效的去除多余的氢元素和氧元素。
优选地，所述等离子体注入技术的等离子体注入腔体的压力≤0.1Pa，注入电压为＞5kV，注入时间为1～60min。本发明还提供了上述抗菌与生物相容性骨植入材料在制备医用再生材料、功能性材料或生物活性材料等领域中的应用。
另外，如无特殊说明，本发明所记载的任何范围包括端值以及端值之间的任何数值以及端值或者端值之间的任意数值所构成的任意子范围。
本发明的有益效果如下：
(1)本发明基于细菌、细胞结构之间的差异，采用等离子体注入技术构建高电势表面，获得0.01～0.5V的相对高表面电势，同时赋予表面抗菌和生物安全性，操作简单；
(2)本发明抗菌层为体网格结构的正电势抗菌层，其通过稳定的过渡层与骨植入材料基底结合力强，表面力学性能优异，不易脱落，且耐磨性好；
(3)本发明赋予氧化锆陶瓷种植体优异的抗菌效果，对口腔常见致病菌具有广谱抗菌性能，且抗菌率不低于50％；
(4)本发明与金属等离子体的注入不同，不存在离子析出问题，没有潜在的细胞毒性，不影响本体材料的生物相容性，更加安全有效。
(5)本发明制得的抗菌与生物相容性骨植入材料对常见骨植入感染致病菌具有良好的抗菌性能，抗菌率不低于50％，所述常见致病菌包括牙龈卟啉单胞菌、金黄色葡萄球菌、绿脓杆菌、变形链球菌、伴放线放线杆菌、变异链球菌、乳酸杆菌、大肠杆菌；
(6)本发明制得的抗菌与生物相容性骨植入材料具有良好的生物相容性，无细胞毒性、无刺激性、无溶血活性、不影响成骨、不引起局部炎症。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例对本发明做进一步的说明。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。
本发明中，制备方法如无特殊说明则均为常规方法；所用的原料如无特别说明均可从公开的商业途径获得；所述百分比如无特殊说明，均为质量百分比。
实施例1
抗菌与生物相容性PEEK骨植入材料的制备，包括以下步骤：
1)将PEEK骨植入材料置于等离子注入设备注入腔内，对PEEK骨植入材料注入1.0×1010剂量的氩等离子体进行预处理，注入电压为5KV，保持腔内压强为1.0×10-1Pa，注入结束后关闭离子注入机，保持注入腔内压强为1.0×10-1Pa，保压1min；
2)选择石墨作为碳等离子来源，密封并抽真空，真空度为1.0×10-1Pa，随后开启离子注入机电源，调节离子注入机加速电压为5KV通过控制注入时间，使碳等离子体以1.0×1010ions/cm2的剂量注入PEEK骨植入材料表面并形成含碳化学结构的稳定过渡层，稳定过渡层中碳元素质量百分例高于50％，注入过程中保持腔内压强为1.0×10-1Pa，注入结束后关闭注入机电源，保持注入腔内压强为1.0×10-1Pa，保压1min；
3)再次开启离子注入机电源，选择氮气作为氮等离子体来源，以1.0×1010ions/cm2的剂量注入PEEK骨植入材料表面，与含碳化学结构发生化学反应生成含氮化学结构的复合抗菌层，该复合抗菌层厚度为1nm，注入过程中保持腔内压强为1.0×10-1Pa，注入结束后关闭注入机电源，保持注入腔内压强为1.0×10-1Pa，保压1min后通入空气，取出即可获得具有抗菌与生物相容性的PEEK骨植入材料。
该抗菌与生物相容性骨植入材料相对于处理前骨植入材料表面电势提高0.01V，对常见骨植入感染致病菌具有良好的抗菌性能，用10^4cfu/ml的菌液进行贴膜培养，培养一定的时间后进行洗脱并稀释培养计数，抗菌率不低于50％，用MTT法检测细胞生长情况，发现经等离子处理后具有良好的生物相容性。
实施例2
抗菌与生物相容性氧化锆陶瓷骨植入材料的制备，包括以下步骤：
1)将氧化锆陶瓷骨植入材料置于等离子注入设备注入腔内，选择不定形碳作为碳等离子来源，密封并抽真空，真空度为1.0×10-4Pa，随后开启离子注入机电源，调节离子注入机加速电压为8KV，通过控制注入时间，使碳等离子体以1.0×1020ions/cm2的剂量注入氧化锆陶瓷植入体表面并形成含碳化学结构的稳定过渡层，稳定过渡层中碳元素质量百分例高于50％，注入过程中保持腔内压强为1.0×10-4Pa，注入结束后关闭注入机电源，保持注入腔内压强为1.0×10-4Pa，保压30min；
2)再次开启离子注入机电源，选择氮气作为氮等离子体来源，以1.0×1020ions/cm2的剂量注入氧化锆陶瓷骨植入材料表面，与含碳化学结构发生化学反应生成含氮化学结构的复合抗菌层，复合抗菌层厚度为300nm，注入过程中保持腔内压强为1.0×10-4Pa，注入结束后关闭注入机电源，保持注入腔内压强为1.0×10-4Pa，保压30min后通入空气，取出即可获得抗菌与生物相容性氧化锆陶瓷骨植入材料。
该抗菌与生物相容性骨植入材料相对于处理前骨植入材料表面电势提高0.5V，对常见骨植入感染致病菌具有良好的抗菌性能，用10^4cfu/ml的菌液进行贴膜培养，培养一定的时间后进行洗脱并稀释培养计数，抗菌率不低于50％，用MTT法检测细胞生长情况，发现经等离子处理后具有良好的生物相容性。
实施例3
抗菌与生物相容性钛合金骨植入材料的制备，包括以下步骤：
1)将钛合金骨植入材料置于等离子注入设备注入腔内，选择石墨作为碳等离子来源，密封并抽真空，真空度为1.0×10-6Pa，随后开启离子注入机电源，调节离子注入机加速电压为12KV，通过控制注入时间，使碳等离子体以1.0×1015ions/cm2的剂量注入钛合金植入体表面并形成含碳化学结构的稳定过渡层，稳定过渡层中碳元素质量百分例高于50％，注入过程中保持腔内压强为1.0×10-6Pa，注入结束后关闭注入机电源，保持注入腔内压强为1.0×10-6Pa，保压60min；
2)再次开启离子注入机电源，选择氮气作为氮等离子体来源，以1.0×1015ions/cm2的剂量注入钛合金骨植入材料表面，与含碳化学结构发生化学反应生成含氮化学结构的复合抗菌层，复合抗菌层厚度为150nm，注入过程中保持腔内压强为1.0×10-6Pa，注入结束后关闭注入机电源，保持注入腔内压强为1.0×10-6Pa，保压60min后通入空气，取出即可获得抗菌与生物相容性钛合金骨植入材料。
该抗菌与生物相容性骨植入材料相对于处理前骨植入材料表面电势提高0.25V，对常见骨植入感染致病菌具有良好的抗菌性能，用10^4cfu/ml的菌液进行贴膜培养，培养一定的时间后进行洗脱并稀释培养计数，抗菌率不低于50％，用MTT法检测细胞生长情况，发现经等离子处理后具有良好的生物相容性。
实施例4
抗菌与生物相容性PEEK骨植入材料的制备，包括以下步骤：
1)将PEEK骨植入材料置于等离子注入设备注入腔内，对PEEK骨植入材料注入1.0×1015剂量的氩等离子体进行预处理，注入电压为15KV，保持腔内压强为1.0×10-3Pa，注入结束后关闭离子注入机，保持注入腔内压强为1.0×10-3Pa，保压20min；
2)选择硅单质作为硅等离子体来源，密封并抽真空，真空度为1.0×10-1Pa，随后开启离子注入机电源，调节离子注入机加速电压为15KV通过控制注入时间，使硅等离子体以1.0×1010ions/cm2的剂量注入PEEK骨植入材料表面并形成含硅化学结构的稳定过渡层，稳定过渡层中硅元素质量百分例高于50％，注入过程中保持腔内压强为1.0×10-1Pa，注入结束后关闭注入机电源，保持注入腔内压强为1.0×10-1Pa，保压1min；
3)再次开启离子注入机电源，选择氮气作为氮等离子体来源，以1.0×1015ions/cm2的剂量注入PEEK骨植入材料表面，与含硅化学结构发生化学反应生成含氮化学结构的复合抗菌层，复合抗菌层厚度为150nm，注入过程中保持腔内压强为1.0×10-6Pa，注入结束后关闭注入机电源，保持注入腔内压强为1.0×10-6Pa，保压60min后通入空气，取出即可获得抗菌与生物相容性PEEK骨植入材料。
该抗菌与生物相容性PEEK骨植入材料相对于处理前骨植入材料表面电势提高0.25V，对常见骨植入感染致病菌具有良好的抗菌性能，用10^4cfu/ml的菌液进行贴膜培养，培养一定的时间后进行洗脱并稀释培养计数，抗菌率不低于50％，用MTT法检测细胞生长情况，发现经等离子处理后具有良好的生物相容性。
实施例5
抗菌与生物相容性钛合金骨植入材料的制备，包括以下步骤：
1)将钛合金骨植入材料置于等离子注入设备注入腔内，选择硅单质作为硅等离子体来源，密封并抽真空，真空度为1.0×10-4Pa，随后开启离子注入机电源，调节离子注入机加速电压为10KV，通过控制注入时间，使硅等离子体以1.0×1014ions/cm2的剂量注入钛合金骨植入材料表面并形成含硅化学结构的稳定过渡层，稳定过渡层中硅元素质量百分例高于50％，注入过程中保持腔内压强为1.0×10-4Pa，注入结束后关闭注入机电源，保持注入腔内压强为1.0×10-4Pa，保压25min；
2)再次开启离子注入机电源，选择氮气作为氮等离子体来源，以1.0×1020ions/cm2的剂量注入钛合金骨植入材料表面，与含硅化学结构发生化学反应生成含氮化学结构的复合抗菌层，复合抗菌层厚度为250nm，注入过程中保持腔内压强为1.0×10-1Pa，注入结束后关闭注入机电源，保持注入腔内压强为1.0×10-1Pa，保压15min后通入空气，取出即可获得具有抗菌与生物相容性的钛合金骨植入材料。
该抗菌与生物相容性钛合金骨植入材料相对于处理前骨植入材料表面电势提高0.5V，对常见骨植入感染致病菌具有良好的抗菌性能，用10^4cfu/ml的菌液进行贴膜培养，培养一定的时间后进行洗脱并稀释培养计数，抗菌率不低于50％，用MTT法检测细胞生长情况，发现经等离子处理后具有良好的生物相容性。
实施例6
抗菌与生物相容性锆陶瓷骨植入材料的制备，包括以下步骤：
1)将锆陶瓷骨植入材料置于等离子注入设备注入腔内，选择硅单质作为硅等离子体来源，密封并抽真空，真空度为1.0×10-4Pa，随后开启离子注入机电源，调节离子注入机加速电压为11KV，通过控制注入时间，使硅等离子体以1.0×1014ions/cm2的剂量注入锆陶瓷骨植入材料表面并形成含硅化学结构的稳定过渡层，稳定过渡层中硅元素质量百分例高于50％，注入过程中保持腔内压强为1.0×10-4Pa，注入结束后关闭注入机电源，保持注入腔内压强为1.0×10-4Pa，保压25min；
2)再次开启离子注入机电源，选择红磷作为磷等离子体来源，以1.0×1019ions/cm2的剂量注入锆陶瓷骨植入材料表面，与含硅化学结构发生化学反应生成含磷化学结构的复合抗菌层，复合抗菌层厚度为260nm，注入过程中保持腔内压强为1.0×10-1Pa，注入结束后关闭注入机电源，保持注入腔内压强为1.0×10-1Pa，保压60min后通入空气，取出即可获得抗菌与生物相容性锆陶瓷骨植入材料。
该抗菌与生物相容性锆陶瓷骨植入材料相对于处理前骨植入材料表面电势提高0.45V，对常见骨植入感染致病菌具有良好的抗菌性能，用10^4cfu/ml的菌液进行贴膜培养，培养一定的时间后进行洗脱并稀释培养计数，抗菌率不低于50％，用MTT法检测细胞生长情况，发现经等离子处理后具有良好的生物相容性。
实施例7
抗菌与生物相容性氧化锆陶瓷骨植入材料的制备，包括以下步骤：
1)将氧化锆陶瓷骨植入材料置于等离子注入设备注入腔内，选择硅单质作为硅等离子体来源，密封并抽真空，真空度为1.0×10-1Pa，随后开启离子注入机电源，调节离子注入机加速电压为10KV，通过控制注入时间，使硅等离子体以1.0×1020ions/cm2的剂量注入氧化锆陶瓷骨植入材料表面并形成含硅化学结构的稳定过渡层，稳定过渡层中硅元素质量百分例高于50％，注入过程中保持腔内压强为1.0×10-1Pa，注入结束后关闭注入机电源，保持注入腔内压强为1.0×10-1Pa，保压35min；
2)再次开启离子注入机电源，选择黑鳞作为磷等离子体来源，以1.0×1011ions/cm2的剂量注入氧化锆陶瓷骨植入材料表面，与含硅化学结构发生化学反应生成含磷化学结构的复合抗菌层，复合抗菌层厚度为100nm，注入过程中保持腔内压强为1.0×10-6Pa，注入结束后关闭注入机电源，保持注入腔内压强为1.0×10-6Pa，保压1min后通入空气，取出即可获得抗菌与生物相容性氧化锆陶瓷骨植入材料。
该抗菌与生物相容性氧化锆陶瓷骨植入材料相对于处理前骨植入材料表面电势提高0.05V，对常见骨植入感染致病菌具有良好的抗菌性能，用10^4cfu/ml的菌液进行贴膜培养，培养一定的时间后进行洗脱并稀释培养计数，抗菌率不低于50％，用MTT法检测细胞生长情况，发现经等离子处理后具有良好的生物相容性。
实施例8
抗菌与生物相容性PEEK骨植入材料的制备，包括以下步骤：
1)将PEEK骨植入材料置于等离子注入设备注入腔内，对PEEK骨植入材料注入1.0×1020剂量的氩等离子体进行预处理，注入电压为12KV，保持腔内压强为1.0×10-5Pa，注入结束后关闭离子注入机，保持注入腔内压强为1.0×10-5Pa，保压30min；
2)选择石墨作为碳等离子来源，密封并抽真空，真空度为1.0×10-6Pa，随后开启离子注入机电源，调节离子注入机加速电压为9KV通过控制注入时间，使碳等离子体以1.0×1020ions/cm2的剂量注入PEEK骨植入材料表面并形成含碳化学结构的稳定过渡层，稳定过渡层中碳元素质量百分例高于50％，注入过程中保持腔内压强为1.0×10-1Pa，注入结束后关闭注入机电源，保持注入腔内压强为1.0×10-6Pa，保压2min；
3)再次开启离子注入机电源，选择黑磷作为磷等离子来源，以1.0×1016ions/cm2的剂量注入PEEK骨植入材料表面，与含碳化学结构发生化学反应生成含磷化学结构的复合抗菌层，复合抗菌层厚度为200nm，注入过程中保持腔内压强为1.0×10-1Pa，注入结束后关闭注入机电源，保持注入腔内压强为1.0×10-1Pa，保压30min后通入空气，取出即可获得抗菌与生物相容性PEEK骨植入材料。
该抗菌与生物相容性PEEK骨植入材料相对于处理前骨植入材料表面电势提高0.3V，对常见骨植入感染致病菌具有良好的抗菌性能，用10^4cfu/ml的菌液进行贴膜培养，培养一定的时间后进行洗脱并稀释培养计数，抗菌率不低于50％，用MTT法检测细胞生长情况，发现经等离子处理后具有良好的生物相容性。
实施例9
抗菌与生物相容性PEEK骨植入材料的制备，包括以下步骤：
1)将PEEK骨植入材料置于等离子注入设备注入腔内，对PEEK骨植入材料注入1.0×1015剂量的氩等离子体进行预处理，注入电压为8KV，保持腔内压强为1.0×10-3Pa，注入结束后关闭离子注入机，保持注入腔内压强为1.0×10-3Pa，保压60min；
2)选择硅单质作为硅等离子体来源，密封并抽真空，真空度为1.0×10-1Pa，随后开启离子注入机电源，调节离子注入机加速电压为8KV通过控制注入时间，使硅等离子体以1.0×1016ions/cm2的剂量注入PEEK骨植入材料表面并形成含硅化学结构的稳定过渡层，注入过程中保持腔内压强为1.0×10-1Pa，注入结束后关闭注入机电源，稳定过渡层中硅元素质量百分例高于50％，保持注入腔内压强为1.0×10-1Pa，保压15min；
3)再次开启离子注入机电源，选择红磷作为磷等离子体来源，以1.0×1020ions/cm2的剂量注入PEEK骨植入材料表面，与含硅化学结构发生化学反应生成含磷化学结构的复合抗菌层，复合抗菌层厚度为290nm，注入过程中保持腔内压强为1.0×10-4Pa，注入结束后关闭注入机电源，保持注入腔内压强为1.0×10-4Pa，保压30min后通入空气，取出即可获得具有抗菌与生物相容性的PEEK骨植入材料。
该抗菌与生物相容性PEEK骨植入材料相对于处理前骨植入材料表面电势提高0.46V，对常见骨植入感染致病菌具有良好的抗菌性能，用10^4cfu/ml的菌液进行贴膜培养，培养一定的时间后进行洗脱并稀释培养计数，抗菌率不低于50％，用MTT法检测细胞生长情况，发现经等离子处理后具有良好的生物相容性。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (10)

1.一种抗菌与生物相容性骨植入材料，其特征在于，所述抗菌与生物相容性骨植入材料包括骨植入材料以及形成于骨植入材料表面的复合抗菌层；所述复合抗菌层通过将含碳等离子体或含硅等离子体注入到骨植入材料表面层得到过渡层，再将含氮等离子体或含磷等离子体注入到过渡层得到；
所述含碳等离子体、含硅等离子体、含氮等离子体和含磷等离子体中均不包含氢元素和氧元素；
所述抗菌与生物相容性骨植入材料的相对表面电势为0.01～0.5V。
2.根据权利要求1所述的抗菌与生物相容性骨植入材料，其特征在于，所述含碳等离子体的碳源为石墨或不定形碳。
3.根据权利要求1所述的抗菌与生物相容性骨植入材料，其特征在于，所述含硅等离子体的硅源为硅单质。
4.根据权利要求1所述的抗菌与生物相容性骨植入材料，其特征在于，所述含氮等离子体的氮源为氮气。
5.根据权利要求1所述的抗菌与生物相容性骨植入材料，其特征在于，所述含磷等离子体的磷源为红磷或黑磷。
6.根据权利要求1所述的抗菌与生物相容性骨植入材料，其特征在于，所述骨植入材料为聚醚醚酮、钛合金或锆陶瓷。
7.根据权利要求1所述的抗菌与生物相容性骨植入材料，其特征在于，所述复合抗菌层的厚度为1～500nm，所述复合抗菌层中碳元素或硅元素在注入元素总量中的质量百分比为≥50wt％。
8.如权利要求1～7任一项所述的抗菌与生物相容性骨植入材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
通过等离子注入技术将含碳等离子体或含硅等离子体注入到骨植入材料表面获得过渡层；通过等离子注入技术向过渡层注入含氮等离子体或含磷等离子体得到复合抗菌层，制得所述抗菌与生物相容性骨植入材料；
优选地，所述骨植入材料为聚醚醚酮时，在向骨植入材料注入含碳等离子体或含硅等离子体前通过等离子注入技术注入1.0×1010～1.0×1020ions/cm2剂量的氩等离子体对骨植入材料进行预处理。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述等离子体注入技术的等离子体注入腔体的压力≤0.1Pa，注入电压为＞5kV，注入剂量为1.0×1010～5.0×1022ions/cm2，注入时间为1～60min。
10.如权利要求1～7任一项所述的抗菌与生物相容性骨植入材料在制备医用再生材料、功能性材料或生物活性材料中的应用。
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