CN110201237B - 一种抗菌促成骨含铷钛钽复合材料及其制备方法和应用 - Google Patents

一种抗菌促成骨含铷钛钽复合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促成骨含铷钛钽复合材料及其制备方法，该方法对经冷等静压及真空烧结合成的钛钽复合材料进行喷砂、酸处理及碱热处理使钛钽复合材料表面改性，并通过离子交换使经表面改性的钛钽复合材料表面掺入铷盐，最后通过高温煅烧制备得到抗菌促成骨含铷钛钽复合材料。本发明的材料具有良好抗菌性及生物相容性，不具有细胞毒性，促进细胞增殖，具有良好的诱导前成骨细胞成骨分化的作用。该材料能有效解决骨修复材料在临床应用时易感染细菌及植入材料与人体相容性差等问题，在临床骨修复中具有广泛应用前景。

Description

一种抗菌促成骨含铷钛钽复合材料及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于生物医用材料领域，具体涉及一种抗菌促成骨含铷钛钽复合材料及其制备方法和应用。
背景技术
膝关节骨性关节炎、髋部骨折、脊柱退行性疾病均为发病率较高的骨科疾病，且随着人口老龄化的加剧，导致疾病发生率呈上升、年轻化趋势。钛钽复合材料因其良好的力学性能、优异的生物相容性和较低的成本被广泛应用于临床骨科领域，如关节置换、脊柱内固定等常用骨折患者治疗方法，均需使用钛钽复合材料作为骨替换材料。但是，由于钛钽复合材料为生物惰性材料，植入体内后与人体自身骨的结合方式多为机械键合，未能与人体进行细胞、组织键合，抗压抗拉能力较差，与人体结合程度较低，易发生组织与植入材料的脱落导致手术失败，病人需承担较大痛苦，并大幅提高医疗成本。同时，在手术过程中极易使植入物附着细菌，造成病人感染细菌，往往导致手术失败。因此，对钛钽复合材料进行表面改性，赋予其抗菌性能，并有效提高其生物学活性，是提高手术成功率的关键。
随着我国铷矿不断被发掘，铷提取技术不断进步，铷资源的开发与利用不断受到人们的关注。在我们之前的研究中发现：铷离子有一定促进成骨作用，能有效诱导前成骨细胞向成骨细胞分化，提高钛钽复合材料的生物活性；并且在适当浓度下具备抗菌性能，能有效抑制金黄色葡萄球菌的生长。
为提高骨修复材料的功能效果，可将铷盐添加到钛钽复合材料中，一方面能够改善钛钽复合材料的力学性能，同时使其具有良好的抗菌性及生物活性，形成具有临床应用价值的促成骨钛钽复合材料。
然而到目前为目，还未见有对钛钽复合材料进行铷掺杂的报道。
发明内容
针对现有技术中，医用钛钽复合材料抗菌性差、生物活性差，在实际临床应用中易引起手术失败的问题，本发明的目的在于提供一种具有优异力学性能、生物活性、抗菌性的抗菌促成骨含铷钛钽复合材料及其制备方法和应用
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
本发明一种抗菌促成骨含铷钛钽复合材料，所述含铷钛钽复合材料由钛钽复合材料经表面掺铷获得。
优选的方案，所述钛钽复合材料中，按原子比计，钛：钽＝1:10-50。
在本发明方案中，钛钽复合材料的原子比在本发明范围内，具有最佳的与人体骨力学性能相匹配的力学性能及抗摩擦磨损性能。
优选的方案，所述钛钽复合材料由钛钽合金粉经压制成型、真空烧结获得。
发明人发现，含铷钛钽复合材料的性能与钛钽复合材料制备方法的关系是最大的，一方面源于基体的性能，一方面源于基体性能导致的掺杂量，本发明中采用先压制成型，再真空烧结获得钛钽复合材料在进行掺铷时，可以获得更大的掺铷量，最终获得具有抗菌性能的含铷钛钽复合材料，而其他的制备方法均无法取得好的，甚至无法取得抗菌效果。
本发明一种抗菌促成骨含铷钛钽复合材料的制备方法，包括如下步骤：将钛钽合金粉压制成型、真空烧结获得钛钽复合材料，钛钽复合材料依次进行喷砂处理、酸处理、碱热处理获得表面处理的钛钽复合材料、然后将经表面处理的钛钽复合材料浸泡于铷盐溶液中反应，获得铷盐处理的钛钽复合材料，将铷盐处理的钛钽复合材料煅烧即获得含铷钛钽复合材料。
喷砂能使钛钽复合材料表面形成微米级粗糙表面。酸处理能使钛钽复合材料表面形成微纳米级的孔洞，能有效扩大细胞与钛钽复合材料的接触面积，有利于细胞粘附在植入物表面，同时增强软组织界面结合强度，能有效提高钛钽复合材料的生物学性能，并扩大后续碱热处理及离子交换有效反应面积。碱热处理后的钛钽复合材料表面能进一步生成与骨结构相似的微米纳米复合的孔洞，且是一种良好的表面改性方法，能够制备出与骨具有高相容性且附着力较高的生物活性涂层，这是其他表面改性方法所无法实现的。使用碱热处理钛钽复合材料可获得最佳厚度的钛酸盐层，并获得机械和抗腐蚀性能梯度变化的钛钽复合材料，且能够优化钛钽复合材料的生物活性。本发明通过喷砂、酸处理及碱热处理结合离子交换和高温煅烧，能够有效地将铷掺入至钛钽复合材料表面，获得具有临床应用价值的抗菌促成骨含铷钛钽复合材料。
在本发明中，三种预处理方式是相互协同，环环相扣的，比如说如果不进行喷砂，酸处理(酸蚀)就进行碱处理和掺铷处理，表面无法形成最有利于成骨细胞附着、能有效诱导前成骨细胞向成骨细胞分化的表面形貌，经过喷砂，酸蚀再进行碱处理和掺铷处理后的钛钽表面是一种微纳米复合孔洞结构，有利于诱导前成骨细胞向成骨细胞分化。其中喷砂是一种物理手段，能赋予钛钽复合材料微米级孔洞，酸蚀是一种化学手段，在喷砂后的微米级表面形成纳米级结构，有效调控成骨分化。
优选的方案，所述钛钽复合材料中，按原子比计，钛:钽＝1:10-50。
优选的方案，所述压制成型的方式为冷等静压，所述压制压力为180-220MPa，压制时间为3-5min。
优选的方案，所述真空烧结的真空度≤10-4Pa。
优选的方案，所述真空烧结的温度为1000-1300℃，烧结时间为1-3h，升温速度为40-50℃/min。
作为进一步的优选，所述真空烧结的温度为1200-1300℃，烧结时间为1.5-2.5h，升温速度为45-50℃/min。
对于喷砂的工艺来说，采用常规现有技术中的工艺即可，喷砂原料优选为石英砂。
优选的方案，所述酸处理的过程为，将经喷砂处理的钛钽复合材料浸泡于酸溶液中，于45-80℃处理10-26h。
作为进一步的优选，所述酸溶液为盐酸溶液、硫酸溶液、水按体积比1-1.2:：1-1.2:1.2-1.4混合获得的混合溶液；所述盐酸溶液中，溶解HCl的质量分数为37-39％，所述硫酸溶液中，硫酸的质量分数为95-98％。
优选的方案，所述碱热处理的过程为，经酸处理的钛钽复合材料浸泡在碱溶液中，于45-70℃处理10-20h。
优选的方案，所述碱溶液中OH-的浓度为2.5-5mol/L。
作为进一步的优选，所述碱溶液中OH-的浓度为4-5mol/L。
优选的方案，所述碱溶液选自氢氧化钠、氢氧化钾或氢氧化锶溶液中的至少一种。
经碱热处理的钛钽复合材料采用去离子水清洗、干燥；获得表面处理的钛钽复合材料。
优选的方案，所述铷盐选自氯化铷、硝酸铷、硫酸铷中的至少一种。
优选的方案，所述铷盐溶液中，铷离子的浓度为1～5mol/L。
作为进一步的优选，所述铷盐溶液中，铷离子的浓度为2～3mol/L。
在本发明中，由于浸泡对象为固体，所以在整个浸泡操作中，采用溶液浸没钛钽复合材料即可。
将表面处理的钛钽复合材料浸泡于铷盐溶液中进行离子交换的过程中，发明人发现，对掺铷量影响最大并不是铷盐溶液的浓度，反而是钛钽复合材料的制备方法，不同的制备方法所得钛钽复合材料，即使经过了相同的预处理，采用相同的浸渍浓度，掺杂量区别也很大，而本发明中采用压制成型、真空烧结获得钛钽复合材料可获得最大的掺铷量，因而可以制备出具有优异抗菌性能的含铷钛钽复合材料。
优选的方案，经表面处理的钛钽复合材料浸泡于铷盐溶液中反应的温度为50-80℃，时间为12-28h。
优选的方案，所述煅烧的温度为550-700℃，时间为1-4h。
本发明一种抗菌促成骨含铷钛钽复合材料的应用，将所述抗菌促成骨含铷钛钽复合材料应用作为骨替换材料。
本发明的有益效果：
在本发明中，首创的提供了一种具有优异抗菌性能的含铷钛钽复合材料，含铷钛钽复合材料的性能与钛钽复合材料制备方法的关系是最大的，一方面源于基体的性能，一方面源于基体性能导致的掺杂量，采用先压制成型，再真空烧结获得钛钽复合材料在进行掺铷时，可以获得更大的掺铷量，最终获得具有抗菌性能的含铷钛钽复合材料，而其他的制备方法均无法取得好的，甚至无法取得抗菌效果。
在本发明中，为了获得更好的抗菌促成骨性能以及最佳的掺铷量，在抗菌促成骨含铷钛钽复合材料的制备过程中，先对钛钽复合材料进行了，喷砂、酸蚀、碱热处理三重预处理，其中喷砂赋予钛钽复合材料微米级孔洞，酸蚀在喷砂后的微米级表面形成纳米级结构，有效调控成骨分化，而碱热处理后使钛钽复合材料表面能进一步生成与骨结构相似的微米纳米复合的孔洞，并且形成最佳厚度的钛酸盐层，用于进行离子交换掺入铷。通过三种预处理的相互协同，最终获得具有最佳的成貌以及最大的掺铷量，从而获得优异抗菌促成骨性能的含铷钛钽复合材料
本发明制得的抗菌促成骨含铷钛钽复合材料具有良好的生物相容性，能有效解决钛钽复合材料在临床应用时生物相容性不佳等问题，在临床骨修复中具有广泛应用前景。
下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案做进一步具体说明。
附图说明
图1实施例1样品的铷元素XPS检测结果图。
图2是在不同实施例样品上种植MC3T3细胞第二天、第四天CCK-8的测试结果图，其中，A:对比例1中所得样品，B:实施例1中所得样品，C:实施例2中所得样品,D:对比例2中所得样品。
图3是在不同实施例样品上种植MC3T3细胞10天后天狼星红染色的结果图，其中，A:对比例1中所得样品，B:实施例1中所得样品，C:实施例2中所得样品。
图4是金黄色葡萄球菌在不同实施例样品上温育24小时后的菌落照片，其中，a:对比例1中所得样品，b:实施例1中所得样品，c:实施例2中所得样品,d:对比例3中所得样品。
具体实施方式
实施例1
配取钛钽合金粉，其中钛钽合金粉中，按原子比计，钛：钽＝1:20；然后将钛钽合金粉置于冷等静压机中压制成型，所述压制压力为200MPa，压制时间为4min，然后将压制成型的生坯置于真空烧结中烧结，控制真空度为10-4Pa，真空烧结的温度为1200℃，烧结时间为2h，升温速度为45℃/min。
将钛钽复合材料进行喷砂处理，然后置于酸溶液中于65℃进行酸处理24h，其中酸溶液由盐酸(质量分数：38％写具体值)、硫酸(质量分数：96％写具体值)水按体积比为1:1:1.17混合获得。将经过酸处理的钛钽复合材料置于4M氢氧化钾溶液(具体的碱)，于55℃进行碱热处理10h；然后去离子水清洗经碱热处理后的钛钽复合材料，以去除钛钽复合材料表面的溶液，干燥吹干，获得表面处理的钛钽复合材料，再将表面处理的钛钽复合材料浸泡在2.5M铷盐溶液中进行离子交换处理，处理温度为65℃，时间为24h，最后将上述铷盐处理的钛钽复合材料进行高温煅烧，煅烧温度为550℃，时长1h，随炉空冷，即得含铷钛钽复合材料。
为评估该抗菌促成骨含铷钛钽复合材料的成分，采用XPS对抗菌促成骨含铷钛钽复合材料进行元素分析，图1实施例1中所得含铷钛钽复合材料的XPS图，从图中可以看出己成功掺入铷元素。
为了评估细胞的成骨情况，分别进行细胞的增殖情况检测(cck8试剂合表征)，以及前成骨细胞胶原分泌情况(天狼猩红染色)，胶原分泌是早中期向成骨细胞分化的重要标志，两者从不同角度共同阐述细胞的成骨情况。
CCK-8检测细胞的增殖情况
为评估该抗菌促成骨含铷钛钽复合材料对细胞的毒性以及细胞的增殖能力，将获得的抗菌促成骨含铷钛钽复合材料进行细胞增殖与毒性(CCK-8)评价通过CCK-8试剂盒表征细胞的增殖情况。其实验过程如下：
(1)将抗菌促成骨含铷钛钽复合材料与小鼠前成骨细胞MC3T3共同培养三天后，吸弃完全培养基；
(2)每孔加入浓度为10％的CCK-8溶液与细胞相互作用，于37℃孵育1h；
(3)孵育完毕后，从每孔转移出100μL溶液至96孔板；
(4)通过酶标仪检测溶液的吸光度，检测波长为450nm。
结果如图2中B所示。图中显示，接种于抗菌促成骨含铷钛钽复合材料的小鼠前成骨细胞MC3T3的细胞活性较强。结果表明，本抗菌促成骨含铷钛钽复合材料具有良好的生物相容性，不具有细胞毒性，具有优异的细胞增殖能力。
为评估该抗菌促成骨含铷钛钽复合材料对前成骨细胞的诱导成骨分化能力，将获得的抗菌促成骨含铷钛钽复合材料进行胶原分泌情况检测，采用天狼星红染色进行评价，胶原分泌量的升高是前成骨细胞向骨细胞早期分化的重要标志，其实验过程如下：
将MC3T3-E1细胞接种到材料表面，使用完全培养基培养10天后，使用天狼星红染色试剂盒对细胞内合成的胶原进行分析。具体步骤如下：
(1)弃掉培养基，使用PBS清洗细胞2次，每次5min。
(2)每孔中加入4％多聚甲醛，室温固定15min。
(3)弃掉固定液，使用PBS清洗细胞3次，每次5min。
(4)弃掉PBS，每孔加入200μL天狼星红染色液，室温染色18h。
(5)弃掉天狼星红染液，使用去离子水反复清洗细胞，直至洗液不变红为止。
(6)使用倒置显微镜(DFC420C，德国莱卡)观察并拍照。
(7)每孔加入200μL0.2M NaOH：甲醇＝1：1的混合液对样品进行洗脱并测定520nm波长下的吸光度值。
结果如图3中B所示。图中显示，接种于抗菌促成骨含铷钛钽复合材料的小鼠前成骨细胞分泌的胶原含量高于对照组。
结果表明，本抗菌促成骨含铷钛钽复合材料具良好的生物相容性，不具有细胞毒性，不影响细胞增殖，具有良好的诱导前成骨细胞成骨分化的作用。说明本实施例1的促成骨能力优异！
为评估该抗菌促成骨含铷钛钽复合材料的抗菌性能，将获得的抗菌促成骨含铷钛钽复合材料进行抗菌实验评价：
(1)配置麦氏浊度为0.5的金黄色葡萄球菌菌液。并将抗菌促成骨含铷钛钽复合材料各取一片，经紫外线照射正反两面各20分钟消毒；
(2)将紫外消毒抗菌促成骨含铷钛钽复合材料分别置于24孔板中；
(3)在紫外消毒抗菌促成骨含铷钛钽复合材料表面分别加入200微升金黄色葡萄球菌菌液，于37℃的培养箱中培养24h；
(4)24h后，将表面培养细菌的抗菌促成骨含铷钛钽复合材料取出，置于50ml离心管中，并加入2ml灭菌生理盐水，振荡，将细菌洗脱；
(5)取200微升上述含菌生理盐水，进行稀释，稀释至10倍；
(6)取上述稀释10倍菌液各200微升，进行涂布平板，培养24h，计数。结果如图4中b所示。结果表明，抗菌促成骨含铷钛钽复合材料的菌落数显著低于未掺铷的空白对照组，几乎看不到菌落，结果表明，本抗菌促成骨含铷钛钽复合材料具有良好的抗金黄色葡萄球菌生长功能、良好的生物相容性，不具有细胞毒性，不影响细胞增殖，具有良好的诱导前成骨细胞成骨分化的作用。
实施例2
配取钛钽合金粉，其中钛钽合金粉中，按原子比计，钛：钽＝1:20；然后将钛钽合金粉置于冷等静压机中压制成型，所述压制压力为180MPa，压制时间为3min，然后将压制成型的生坯置于真空烧结中烧结，控制真空度为10-4Pa，真空烧结的温度为1300℃，烧结时间为2h，升温速度为50℃/min。
将钛钽复合材料进行喷砂处理，然后置于酸溶液中于65℃进行酸处理24h，其中酸溶液由盐酸(质量分数：37％)、硫酸(质量分数：95％)水按体积比为1:1:1.4混合获得。将经过酸处理的钛钽复合材料置于5M氢氧化钠溶液，于60℃进行碱热处理20h；然后去离子水清洗经碱热处理后的钛钽复合材料，以去除钛钽复合材料表面的溶液，干燥吹干，获得表面处理的钛钽复合材料，再将表面处理的钛钽复合材料浸泡在2.5M铷盐溶液中进行离子交换处理，处理温度为65℃，时间为24h，最后将上述铷盐处理的钛钽复合材料进行高温煅烧，煅烧温度为650℃，时长2h，随炉空冷，即得含铷钛钽复合材料。
为评估该抗菌促成骨含铷钛钽复合材料对细胞的毒性以及细胞的增殖能力，，将获得的抗菌促成骨含铷钛钽复合材料进行细胞增殖与毒性(CCK-8)评价通过CCK-8试剂盒表征细胞的增殖情况。其实验过程如下：
(1)将抗菌促成骨含铷钛钽复合材料与小鼠前成骨细胞MC3T3共同培养三天后，吸弃完全培养基；
(2)每孔加入浓度为10％的CCK-8溶液与细胞相互作用，于37℃孵育1h；
(3)孵育完毕后，从每孔转移出100μL溶液至96孔板；
(4)通过酶标仪检测溶液的吸光度，检测波长为450nm。
结果如图2中C所示。图中显示，接种于抗菌促成骨含铷钛钽复合材料的小鼠前成骨细胞MC3T3的细胞活性较强。结果表明，本抗菌促成骨含铷钛钽复合材料具有良好的生物相容性，不具有细胞毒性，具有优异的细胞增殖能力。
为评估该抗菌促成骨含铷钛钽复合材料对前成骨细胞的诱导成骨分化能力，将获得的抗菌促成骨含铷钛钽复合材料进行胶原分泌情况检测，采用天狼星红染色进行评价，胶原分泌量的升高是前成骨细胞向骨细胞早期分化的重要标志，其实验过程如下：
将MC3T3-E1细胞接种到材料表面，使用完全培养基培养10天后，使用天狼星红染色试剂盒对细胞内合成的胶原进行分析。具体步骤如下：
(1)弃掉培养基，使用PBS清洗细胞2次，每次5min。
(2)每孔中加入4％多聚甲醛，室温固定15min。
(3)弃掉固定液，使用PBS清洗细胞3次，每次5min。
(4)弃掉PBS，每孔加入200μL天狼星红染色液，室温染色18h。
(5)弃掉天狼星红染液，使用去离子水反复清洗细胞，直至洗液不变红为止。
(6)使用倒置显微镜(DFC420C，德国莱卡)观察并拍照。
(7)每孔加入200μL0.2M NaOH：甲醇＝1：1的混合液对样品进行洗脱并测定520nm波长下的吸光度值。
结果如图3中C所示。图中显示，接种于抗菌促成骨含铷钛钽复合材料的小鼠前成骨细胞分泌的胶原含量高于对照组。
结果表明，本抗菌促成骨含铷钛钽复合材料具良好的生物相容性，不具有细胞毒性，不影响细胞增殖，具有良好的诱导前成骨细胞成骨分化的作用，说明本实施例2的促成骨能力优异！
为评估该抗菌促成骨含铷钛钽复合材料的抗菌性能，将获得的抗菌促成骨含铷钛钽复合材料进行抗菌实验评价：
(1)配置麦氏浊度为0.5的金黄色葡萄球菌菌液。并将抗菌促成骨含铷钛钽复合材料各取一片，经紫外线照射正反两面各20分钟消毒；
(2)将紫外消毒抗菌促成骨含铷钛钽复合材料分别置于24孔板中；
(3)在紫外消毒抗菌促成骨含铷钛钽复合材料表面分别加入200微升金黄色葡萄球菌菌液，于37℃的培养箱中培养24h；
(4)24h后，将表面培养细菌的抗菌促成骨含铷钛钽复合材料取出，置于50ml离心管中，并加入2ml灭菌生理盐水，振荡，将细菌洗脱；
(5)取200微升上述含菌生理盐水，进行稀释，稀释至10倍；
(6)取上述稀释10倍菌液各200微升，进行涂布平板，培养24h，计数。结果如图4中c所示。结果表明，抗菌促成骨含铷钛钽复合材料的菌落数显著低于未掺铷的空白对照组，几乎看不到菌落。结果表明，本抗菌促成骨含铷钛钽复合材料具有良好的抗金黄色葡萄球菌生长功能、良好的生物相容性，不具有细胞毒性，不影响细胞增殖，具有良好的诱导前成骨细胞成骨分化的作用。
对比例1
其他条件与实施例2一致，只是不进行离子交换，不掺铷，即所得为进行表面处理的钛钽复合材料。
为评估该对比例钛钽复合材料对细胞的毒性，将获得的该对比例钛钽复合材料进行细胞增殖与毒性(CCK-8)评价通过CCK-8试剂盒表征细胞的增殖情况。其实验过程如下：
(1)将该对比例钛钽复合材料与小鼠前成骨细胞MC3T3共同培养三天后，吸弃完全培养基；
(2)每孔加入浓度为10％的CCK-8溶液与细胞相互作用，于37℃孵育1h；
(3)孵育完毕后，从每孔转移出100μL溶液至96孔板；
(4)通过酶标仪检测溶液的吸光度，检测波长为450nm。
结果如图2中A所示。图中显示，接种于该对比例钛钽复合材料的小鼠前成骨细胞的增殖能力明显低于实施例1-2，可以证明实施例中的钛钽复合材料具有更优的促成骨能力。
为评估该对比例钛钽复合材料对前成骨细胞的诱导成骨分化能力，将获得的该对比例钛钽复合材料进行胶原分泌情况检测，采用天狼星红染色进行评价，胶原分泌量的升高是前成骨细胞向骨细胞早期分化的重要标志，其实验过程如下：
将MC3T3-E1细胞接种到材料表面，使用完全培养基培养10天后，使用天狼星红染色试剂盒对细胞内合成的胶原进行分析。具体步骤如下：
(1)弃掉培养基，使用PBS清洗细胞2次，每次5min。
(2)每孔中加入4％多聚甲醛，室温固定15min。
(3)弃掉固定液，使用PBS清洗细胞3次，每次5min。
(4)弃掉PBS，每孔加入200μL天狼星红染色液，室温染色18h。
(5)弃掉天狼星红染液，使用去离子水反复清洗细胞，直至洗液不变红为止。
(6)使用倒置显微镜(DFC420C，德国莱卡)观察并拍照。
(7)每孔加入200μL0.2M NaOH：甲醇＝1：1的混合液对样品进行洗脱并测定520nm波长下的吸光度值。
结果如图3中A所示。图中显示，接种于该对比例钛钽复合材料的小鼠前成骨细胞的胶原分泌能力明显低于实施例1-2，可以证明实施例中的钛钽复合材料具有更优的促成骨能力。
为评估该对比例钛钽复合材料的抗菌性能，将获得的该对比例钛钽复合材料进行抗菌实验评价：
(1)配置麦氏浊度为0.5的金黄色葡萄球菌菌液。并将抗菌促成骨含铷钛钽复合材料各取一片，经紫外线照射正反两面各20分钟消毒；
(2)将紫外消毒抗菌促成骨含铷钛钽复合材料分别置于24孔板中；
(3)在紫外消毒抗菌促成骨含铷钛钽复合材料表面分别加入200微升金黄色葡萄球菌菌液，于37℃的培养箱中培养24h；
(4)24h后，将表面培养细菌的抗菌促成骨含铷钛钽复合材料取出，置于50ml离心管中，并加入2ml灭菌生理盐水，振荡，将细菌洗脱；
(5)取200微升上述含菌生理盐水，进行稀释，稀释至10倍；
(6)取上述稀释10倍菌液各200微升，进行涂布平板，培养24h，计数。结果如图4中a所示。结果表明，接种于该对比例钛钽复合材料的抗菌能力明显低于实施例1-2，可以证明实施例中的钛钽复合材料具有更优的抗菌能力。
对比例2
其他条件与实施例2一致，仅不进行喷砂处理以及酸处理，而是将所得钛钽复合材料的表面处理直接进行碱热处理，然后掺铷。
为评估该对比例钛钽复合材料对细胞的毒性，将获得的该对比例钛钽复合材料进行细胞增殖与毒性(CCK-8)评价通过CCK-8试剂盒表征细胞的增殖情况。其实验过程如下：
(1)将该对比例钛钽复合材料与小鼠前成骨细胞MC3T3共同培养三天后，吸弃完全培养基；
(2)每孔加入浓度为10％的CCK-8溶液与细胞相互作用，于37℃孵育1h；
(3)孵育完毕后，从每孔转移出100μL溶液至96孔板；
(4)通过酶标仪检测溶液的吸光度，检测波长为450nm。
结果如图2中D所示。图中显示，接种于该对比例钛钽复合材料的小鼠前成骨细胞的增殖能力明显低于实施例1-2，可以证明实施例中的钛钽复合材料具有更优的促成骨能力。
对比例3
其他条件与实施例2一致，仅是钛钽复合材料的制备方法为放电等离子体烧结，其放电等离子体的具体步骤如下：
配取钛钽合金粉，其中钛钽合金粉中，按原子比计，钛：钽＝1:20；然后将钛钽合金粉置于放电等离子体烧结炉中进行烧结，烧结完成获得钛钽复合材料，烧结的程序为：升温速度为50℃/min，烧结温度1300℃，烧结时间为5min；烧结压力为30MPa。
为评估该对比例3含铷钛钽复合材料的抗菌性能，将获得的对比例钛钽复合材料进行抗菌实验评价：
(1)配置麦氏浊度为0.5的金黄色葡萄球菌菌液。并将对比例含铷钛钽复合材料取一片，经紫外线照射正反两面各20分钟消毒；
(2)将紫外消毒抗菌促成骨含铷钛钽复合材料分别置于24孔板中；
(3)在紫外消毒抗菌促成骨含铷钛钽复合材料分别加入200微升金黄色葡萄球菌菌液，于37℃的培养箱中培养24h；
(4)24h后，将表面培养细菌的对比例钛钽复合材料取出，置于50ml离心管中，并加入2ml灭菌生理盐水，振荡，将细菌洗脱；
(5)取200微升上述含菌生理盐水，进行稀释，稀释至10倍；
(6)取上述稀释10倍菌液各200微升，进行涂布平板，培养24h，计数。
结果如图4中d所示。结果表明，对比例3中含铷钛钽复合材料不具有抗菌性能。

Claims (4)

1.一种抗菌促成骨含铷钛钽复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将钛钽合金粉压制成型、真空烧结获得钛钽复合材料，钛钽复合材料依次进行喷砂处理、酸处理、碱热处理获得表面处理的钛钽复合材料、然后将经表面处理的钛钽复合材料浸泡于铷盐溶液中反应，获得铷盐处理的钛钽复合材料，将铷盐处理的钛钽复合材料煅烧即获得含铷钛钽复合材料，所述钛钽复合材料中，按原子比计，钛:钽=1:10-50；
所述碱热处理的过程为，经酸处理的钛钽复合材料浸泡在碱溶液中，于45-70℃处理10-20h，所述碱溶液中OH-的浓度为2.5-5 mol/L，所述碱溶液选自氢氧化钠、氢氧化钾或氢氧化锶溶液中的至少一种；
所述压制成型的方式为冷等静压，所述压制压力为180-220 MPa，压制时间为 3-5min，所述真空烧结的真空度≤10-4 Pa，所述真空烧结的温度为1000-1300℃，烧结时间为1-3h，升温速度为40-50℃/min；
所述酸处理的过程为，将经喷砂处理的钛钽复合材料浸泡于酸溶液中，于45-80℃处理10-26h；
所述煅烧的温度为550-700℃，时间为1-4h。
2.根据权利要求1所述的一种抗菌促成骨含铷钛钽复合材料的制备方法，其特征在于，所述酸溶液为盐酸溶液、硫酸溶液、水按体积比1-1.2:1-1.2:1.2-1.4混合获得的混合溶液；所述盐酸溶液中，溶解HCl的质量分数为37-39%，所述硫酸溶液中，硫酸的质量分数为95-98%。
3.根据权利要求1所述的一种抗菌促成骨含铷钛钽复合材料的制备方法，其特征在于，所述铷盐选自氯化铷、硝酸铷、硫酸铷中的至少一种，所述铷盐溶液中，铷离子的浓度为1~5mol/L。
4.根据权利要求1-3任意一项所述制备方法所制备的一种抗菌促成骨含铷钛钽复合材料的应用，特征在于：将所述抗菌促成骨含铷钛钽复合材料应用作为骨替换材料。
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