CN110565144A

CN110565144A - 一种兼具抗菌和促成骨的多孔生物陶瓷涂层及其制备方法和应用

Info

Publication number: CN110565144A
Application number: CN201811291931.6A
Authority: CN
Inventors: 赵全明; 董健
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2018-11-01
Filing date: 2018-11-01
Publication date: 2019-12-13

Abstract

本发明公开了一种兼具抗菌和促成骨的多孔生物陶瓷涂层及其制备方法和应用，属于生物医用陶瓷材料技术领域，本发明的多孔生物陶瓷涂层为掺杂有铜、镁、氟、钙和磷元素的二氧化钛涂层，该掺杂后的生物陶瓷涂层与钛及钛合金基体结合紧密，在植入使用过程中不易剥落，能够与基体结合构建出具有良好机械和生物学性能的人体硬组织修复，兼具良好的抗菌和促成骨活性。本发明配制的用于微弧氧化处理的电解液成分简单、易于控制、不含易分解成分、工艺稳定，有利于涂层的大规模批量化生产。本发明提供的制备方法对基体材料的形状没有特殊要求，可适用于形状复杂的基体，有效扩大了本发明的使用范围。

Description

一种兼具抗菌和促成骨的多孔生物陶瓷涂层及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于生物医用陶瓷材料技术领域，涉及一种多孔生物陶瓷涂层，具体涉及一种兼具抗菌和促成骨的多孔生物陶瓷涂层及其制备方法和应用。

背景技术

与传统的不锈钢和钴铬合金相比，钛由于具有低密度、低模量、高强度、良好的生物相容性和耐腐蚀性等特点而在硬组织（如骨和牙齿）修复和替代领域获得越来越广泛的应用，是理想的生物医学工程材料。然而钛缺乏生物活性，对机体组织愈合无明显的促进作用，植入体内后只能与骨组织发生机械结合，难以与骨组织形成骨整合，而且作为异物，植入人体后容易导致植入物相关性感染。此外，钛在体内会发生腐蚀，腐蚀过程中产生的金属离子不但对人体造成毒性损害，而且会造成钛植入物的松动和下沉，这不仅延长了植入物修复的周期，而且影响了植入物的近期和远期成功率，因此不能完全满足临床需要。

为使钛既保留其良好的机械和力学性能，又具有良好的生物活性，植入体内能够诱导成骨细胞粘附增殖，同时抑制细菌生长，使得钛植入物和骨组织形成骨整合，近年来研究者们试图使用等离子喷涂、激光熔覆、电泳电化学沉积，离子注入及磁控溅射等多种钛表面活化技术对钛植入物表面进行生物活化改性，虽然这些方法在提高钛的生物活性方面取得了一定的成果，但是存在制备复杂，价格昂贵，制备的涂层容易脱落的缺点，限制了其临床应用。

微弧氧化是近年来发展的应用于轻金属（钛镁铝等）表面改性新技术，它能够直接在钛表面原位生长一层陶瓷氧化膜，其优势是不仅可以在形状复杂表面均匀成膜，而且所制备的膜层呈多孔形态，与基体呈犬牙交错状结合，具有很好的结合强度，植入体内不易脱落，此外能够通过调节工艺参数如微弧氧化时间，电压，电流密度等控制涂层的厚度。更吸引人的是，通过该技术可以将生物活性元素或抗菌元素引入涂层，使得金属表面生物活性大大提高，因此被广泛的应用于金属材料的表面改性。

此外，钛植入物相关性感染是困扰外科医生的难题之一，也是目前亟待解决的重要临床问题。由于植入物相关感染的特殊性，常规抗生素的使用往往效果不理想，而且抗生素的过量使用已经带来了许多危害，如抗生素耐药，超级细菌等等。因此从植入物表面入手来降低或抑制细菌感染具有重要的临床应用价值。

表面改性是提高植入物抗菌性能、降低植入物感染的新策略，也是对钛植入物相关感染的新认识。虽然植入物表面改性已经开始应用于临床，但是过去对植入物的表面改性主要针对于材料的生物相容性和生物活性，尤其是集中于材料对细胞的作用和影响，很少将关注点转移到植入物的抗感染性能。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种兼具抗菌和促成骨的多孔生物陶瓷涂层及其制备方法和应用。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现。

一种兼具抗菌和促成骨的多孔生物陶瓷涂层，包括以下步骤。

1）将铜源、镁源、氟源、钙源和磷源溶于碱性水溶液中配制成电解液。

其中，电解液中铜离子的浓度为0.005~0.02mol/L，镁离子的浓度为0.01~0.05mol/L，氟离子的浓度为0.005~0.03mol/L，钙离子的浓度为0.01~0.05mol/L，磷酸根离子的浓度为0.005~0.03mol/L，氢氧根离子的浓度为0.005~0.03mol/L。

2）以医用钛或钛合金作为阳极，以不锈钢作为阴极，置于步骤1）制得的电解液中，进行微弧氧化处理，待反应结束后，即在医用钛或钛合金的表层生成掺杂有铜、镁、氟、钙和磷元素的兼具抗菌和促成骨的多孔生物陶瓷涂层。

步骤1）所述铜源为葡萄糖酸铜，镁源为葡萄糖酸镁，氟源为氟化钠，钙源为葡萄糖酸钙，磷源为磷酸钠和六偏磷酸钠中的一种或两种，碱性水溶液为氢氧化钠水溶液。

步骤2）中，微弧氧化处理的条件为：脉冲电压为100~500V、频率为100~600Hz、占空比为10%~80%，阴阳极板间距为60~180mm。

微弧氧化处理过程中维持电解液温度控制在30℃以下，处理时间为5~30min。

兼具抗菌和促成骨的多孔生物陶瓷涂层的制备方法制备的多孔生物陶瓷涂层，以质量分数计，包括：0.6%~5.8%的铜，3.7%~15.6%的镁，0.3%~2.9%的氟，3.2%~16.0%的钙，2.6%~18.3%的磷，余量为二氧化钛。

该多孔生物陶瓷涂层呈微纳米级多孔结构，孔径为1~10μm。

该多孔生物陶瓷涂层表面呈纳米颗粒状，纳米颗粒的晶粒尺寸为30~150nm

该多孔生物陶瓷涂层与医用钛或钛合金的结合强度为21.6～39.3MPa。

所述的兼具抗菌和促成骨的多孔生物陶瓷涂层作为硬组织修复材料的应用。

所述硬组织修复材料包括牙齿修复材料或骨修复材料。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明提供的兼具抗菌和促成骨的多孔生物陶瓷涂层，为掺杂有铜、镁、氟、钙和磷元素的二氧化钛涂层，该掺杂后的生物陶瓷涂层与钛及钛合金基体结合紧密，在植入使用过程中不易剥落，能够与基体结合构建出具有良好机械和生物学性能的人体硬组织修复。该涂层中铜、镁、氟、钙和磷元素的添加可显著促进造骨细胞黏附、增殖，分化，矿化和凋亡，从而赋予涂层成骨性能。具体地，添加的铜元素能够穿透细菌的细胞壁进入细菌体内，破坏细菌合成酶的生物活性，同时改变细菌体内的微环境，进而使细菌丧失分裂增殖能力最终导致细菌死亡，具有很好的抗菌作用；添加的镁元素和氟元素除了能促进骨细胞成骨功能之外，还能有效抑制细菌黏附和生长，也具有抗菌作用。由此可见，本发明提供的可兼具抗菌和促成骨的多孔生物陶瓷涂层具有良好的生物相容性和生物活性，兼具良好的抗菌和促成骨活性，能够作为硬组织（牙齿和骨）的修复和替代材料应用于临床。

本发明提供的兼具抗菌和促成骨的多孔生物陶瓷涂层的制备方法，先配制好含有铜离子、镁离子、氟离子、钙离子和磷酸根离子的浓度为0.005~0.03mol/L和氢氧根离子的电解液；然后以医用合金为阳极，不锈钢为阴极，采用微弧氧化技术，一步法直接在医用钛合金基体表面制备出兼具抗菌和促成骨的多孔生物陶瓷涂层。该方法步骤简单、操作简便、重复性高、原料易得、价格低廉，适于工业化的大规模生产，具有很好的应用前景。而且本发明配制的用于微弧氧化处理的电解液成分简单、易于控制、不含易分解成分、工艺稳定，有利于涂层的大规模批量化生产。另外本发明提供的制备方法对基体材料的形状没有特殊要求，可适用于形状复杂的基体，有效扩大了本发明的使用范围。

进一步地，本发明通过葡萄糖酸钙、葡萄糖酸镁、葡萄糖酸铜、氟化钠和氢氧化钠配制电解质溶液，葡萄糖酸钙、葡萄糖酸镁、葡萄糖酸铜、氟化钠能够完全溶解在氢氧化钠碱性溶液中，溶液清澈透明透明溶液，微弧氧化过程中能够将有铜离子、镁离子、氟离子、钙离子和磷酸根离子引入微弧氧化涂层中，而且该电解质溶液性质稳定，更重要的是该电解质溶液绿色环保，所制备的涂层无毒，植入体内后无有害物质释放，安全可靠。

附图说明

图1是实施例1制备的兼具抗菌和促成骨的多孔生物陶瓷涂层表面形貌SEM图；其中，a为600x, b为1500x。

图2是实施例1制备的兼具抗菌和促成骨的多孔生物陶瓷涂层的表面EDS能谱图。

图3是实施例1制备的兼具抗菌和促成骨的多孔生物陶瓷涂层的表面Mapping图；其中，a~h分别为涂层表面各元素的Mapping结果。

图4是MC3T3-E1成骨细胞在钛和实施例1制备的兼具抗菌和促成骨的多孔生物陶瓷涂层表面培养1d，4d和7d后的CCK-8结果(PT:钛；MCFMT：多孔生物陶瓷涂层)。

图5是MC3T3-E1成骨细胞在钛和实施例1制备的兼具抗菌和促成骨的多孔生物陶瓷涂层表面培养72小时的电镜结果；其中，a:钛；b：多孔生物陶瓷涂层。

图6是革兰氏阳性菌金黄色葡萄球菌在钛和实施例1制备的兼具抗菌和促成骨的多孔生物陶瓷涂层的表面培养24小时后的形貌图；其中，a:钛；b：多孔生物陶瓷涂层。

具体实施方式

本发明通过对微弧氧化电解液的调节与控制，获得铜，镁，氟，钙和磷元素掺杂的多孔状氧化钛涂层，即本发明所述的兼具抗菌和促成骨的多孔生物陶瓷涂层。该涂层同时具备高生物活性、生物相容性，成骨、抗感染等多项功能。该涂层呈微纳米级多孔结构，孔径为1~6μm；该涂层表面呈纳米颗粒状，晶粒尺度为 10~100nm；该涂层与基体的结合强度为28~62N；该涂层主要由二氧化钛构成，其中含铜，镁，氟，钙和磷元素，该涂层中该涂层中各元素的质量分数为：0.6%~5.8%的铜，3.7%~15.6%的镁，0.3%~2.9%的氟，3.2%~16.0%的钙，2.6%~18.3%的磷，余量为二氧化钛，剩余为二氧化钛。

本发明提供的兼具抗菌和促成骨的多孔生物陶瓷涂层的制备方法，包括以下步骤：将铜源，镁源，氟源，钙源和磷源溶于去离子水中配制电解液中，以医用钛合金试样为阳极、不锈钢为阴极，采用脉冲电压为100-500V、频率为100~600Hz、占空比为10~80%，阴阳极板间距为60~180mm的条件下对钛金属试样进行微弧氧化处理，维持电解液温度控制在30℃以下，处理时间为5~30min，待反应结束后，即在钛合金的表层生成铜、镁、氟、钙和磷元素掺杂多孔生物活性涂层，即本发明的兼具抗菌和促成骨的多孔生物陶瓷涂层；其中，电解液中铜离子的浓度为0.005~0.02mol/L，镁离子的浓度为0.01~0.05mol/L，氟离子的浓度为0.005~0.03mol/L，钙离子的浓度为0.01~0.05mol/L，磷酸根离子的浓度为0.005~0.03mol/L，氢氧根离子的浓度为0.005~0.03mol/L。所述的钙盐为葡萄糖酸钙；所述的镁盐为葡萄糖酸镁；所述的铜盐为葡萄糖酸铜；所述的氟盐为氟化钠；所述碱性溶液为氢氧化钠；所述的磷酸盐为六偏磷酸钠或磷酸钠的一种或两种任意比例的混合物。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

下面结合具体的实例以及附图对本发明做进一步详细描述。

实施例1。

1）预处理。

将医用钛合金依次用100#、300#、600#、1500#、3000#砂纸打磨抛光，然后依次用无水丙酮、无水乙醇、去离子水各超声30min。

2）电解液配制。

将葡萄糖酸钙，葡萄糖酸镁，葡萄糖酸铜，氟化钠，六偏磷酸钠，氢氧化钠溶于去离子水中，混合均匀，配制成电解液；电解液中葡萄糖酸铜离子的浓度为0.005mol/L，葡萄糖酸镁离子的浓度为0.01mol/L，氟化钠离子的浓度为0.01mol/L，葡萄糖酸钙离子的浓度为0.01mol/L，六偏磷酸钠的浓度为0.01mol/L，氢氧化钠的浓度为0.005。

3）微弧氧化。

以医用钛合金为阳极、不锈钢为阴极，采单向流脉冲电源，电压为100-450V、频率100赫兹、占空比30%、阴阳极板间距80mm、电解液温度30℃的条件下对医用钛合金进行5分钟的微弧氧化处理，得到兼具抗菌和促成骨的多孔生物陶瓷涂层。

实施例1制得的涂层表面SEM形貌如图1所示，从低倍形貌图(图1中a)可知，该涂层呈宏观多孔状，孔径1~6μm；从高倍形貌图(图1中b)可知该表面呈纳米粒状，晶粒直径为30~90nm。

由图2的EDS谱线显示所得涂层中含有铜、镁、氟、钙、磷、钛和氧元素，其中铜2.3%，镁4.2%，氟２.2%，钙8.2%，磷12.6%，此外，该涂层与钛基体的结合强度为25.6MPa。

由图3的Mapping图显示所得涂层中铜、镁、氟、钙、磷和氧元素均匀分布在涂层的表面。

将辐照灭菌的试件置于24孔细胞培养板内，MC3T3-E1成骨细胞以2×10⁴个/mL、1mL/孔的密度接种于试件表面，细胞培养1d，4d和7d后用CCK-8测定细活性，以显示其生长情况。MC3T3-E1成骨细胞在临床广泛使用的空白对照钛和实施例1所得涂层表面培养1d，4d和7d后细胞CCK-8结果如图4所示。从图4可以看出，所有培养时间点，MC3T3-E1成骨细胞在实施例1所得涂层表面的吸光度值均明显高于钛金属，由此可见，相对于空白对照钛，本发明所制得的涂层能显著增强MC3T3-E1成骨细胞的粘附增殖。

MC3T3-E1成骨细胞在纯钛和实施例1制备的兼具抗菌和促成骨的多孔生物陶瓷涂层表面培养72小时的电镜结果如图5所示。其中图5的实验方法为：将试样置于24孔培养板内，细胞接种密度为 2×10⁴/孔，细胞培养 3d 后终止细胞培养，移除培养液，PBS和双蒸水各轻柔漂洗，加入3%戊二醛4℃过夜，然后梯度乙醇脱水，干燥。试样喷金后用SEM观察细胞形态。从图5可以看出，在空白对照钛表面可观察到细胞单层生长并伸出大量丝状伪足和板状伪足，大部分细胞呈梭形并沿抛光纹路排列。而在实施例1所得涂层表面细胞呈双层网状结构生长，伸出更多的板状伪足，这使得细胞能更好地锚着到细胞表面。

革兰氏阳性菌金黄色葡萄球菌在空白对照钛和实施例1所得涂层表面培养24h后的表面形态分别如图6所示。其中图6的实验方法为：选用革兰氏阳性菌金黄色葡萄球菌来考察样品的抗菌性，用接种环取适量的菌体用磷酸盐缓冲液将上述两种细菌分别配置成浓度为10⁷个/mL的菌悬液；将辐照灭菌后的后样品置于24孔板中；随后，分别将体积为1mL的两种细菌悬液注入到放有实验样品的24孔板中，置于37℃的恒温培养箱中培养24h；用戊二醛固定，梯度酒精脱水并用真空干燥箱干燥，表面喷金后用场发射扫描电镜观察细菌形态。从图4可以看出，在空白对照钛表面可观察到大量的细菌聚集，而在实施例1所得涂层表面仅有少量细菌，由此可见实施例1所得涂层能显著抑制金黄色葡萄球菌生长，具有良好的抑菌作用。

实施例2。

1）预处理。

2）电解液配制。

将葡萄糖酸钙，葡萄糖酸镁，葡萄糖酸铜，氟化钠，六偏磷酸钠，氢氧化钠溶于去离子水中，混合均匀，配制成电解液；电解液中葡萄糖酸铜离子的浓度为0.005mol/L，葡萄糖酸镁离子的浓度为0.01mol/L，氟化钠离子的浓度为0.02mol/L，葡萄糖酸钙离子的浓度为0.01mol/L，六偏磷酸钠的浓度为0.005mol/L，氢氧化钠的浓度为0.005。

3）微弧氧化。

以医用钛合金为阳极、不锈钢为阴极，采单向流脉冲电源，电压为200-450V、频率300赫兹、占空比50%、阴阳极板间距80mm、电解液温度30℃的条件下对医用钛合金进行5分钟的微弧氧化处理，得到兼具抗菌和促成骨的多孔生物陶瓷涂层。

该涂层呈宏观多孔状，孔径为2~5μm、表面纳米颗粒直径为30~60nm；涂层中镁、氟、钙、磷、钛和氧元素，其中，铜3.8%，镁8.3%，氟2.9%，钙9.8%，磷10.9%，此外，该涂层与钛基体的结合强度为29.5MPa。

实施例3。

1）预处理。

2）电解液配制。

将葡萄糖酸钙，葡萄糖酸镁，葡萄糖酸铜，氟化钠，六偏磷酸钠，氢氧化钠溶于去离子水中，混合均匀，配制成电解液；电解液中葡萄糖酸铜离子的浓度为0.01mol/L，葡萄糖酸镁离子的浓度为0.02mol/L，氟化钠离子的浓度为0.02mol/L，葡萄糖酸钙离子的浓度为0.02mol/L，六偏磷酸钠的浓度为0.02mol/L，氢氧化钠的浓度为0.01 mol/L。

3）微弧氧化。

以医用钛合金为阳极、不锈钢为阴极，采单向流脉冲电源，电压为200-460V、频率200赫兹、占空比30%、阴阳极板间距90mm、电解液温度30℃的条件下对医用钛合金进行5分钟的微弧氧化处理，得到兼具抗菌和促成骨的多孔生物陶瓷涂层。

该涂层呈宏观多孔状，孔径2~6μm、表面纳米颗粒直径为30~120nm；涂层中镁、氟、钙、磷、钛和氧元素，其中铜4.6%，镁13.9%，氟1.9%，钙15.2%，磷16.3%，此外，该涂层与钛基体的结合强度为30.8MPa。

实施例4。

1）预处理。

2）电解液配制。

将葡萄糖酸钙，葡萄糖酸镁，葡萄糖酸铜，氟化钠，六偏磷酸钠，氢氧化钠溶于去离子水中，混合均匀，配制成电解液；电解液中葡萄糖酸铜离子的浓度为0.01mol/L，葡萄糖酸镁离子的浓度为0.02mol/L，氟化钠离子的浓度为0.02mol/L，葡萄糖酸钙离子的浓度为0.02mol/L，六偏磷酸钠的浓度为0.03mol/L，氢氧化钠的浓度为0.03mol/L。

3）微弧氧化。

以医用钛合金为阳极、不锈钢为阴极，采单向流脉冲电源，电压为150-450V、频率500赫兹、占空比60%、阴阳极板间距150mm、电解液温度30℃的条件下对医用钛合金进行8分钟的微弧氧化处理，得到兼具抗菌和促成骨的多孔生物陶瓷涂层。

该涂层呈宏观多孔状，孔径为2~8μm、表面纳米颗粒直径为40~90nm；涂层中含有铜、镁、氟、钙、磷、钛和氧元素，其中铜3.5%，镁9.7%，氟２.6%，钙11.7%，磷10.6%，此外，该涂层与钛基体的结合强度为29.3MPa。

实施例5。

1）预处理。

2）电解液配制。

将葡萄糖酸钙，葡萄糖酸镁，葡萄糖酸铜，氟化钠，六偏磷酸钠，氢氧化钠溶于去离子水中，混合均匀，配制成电解液；电解液中葡萄糖酸铜离子的浓度为0.02mol/L，葡萄糖酸镁离子的浓度为0.03mol/L，氟化钠离子的浓度为0.02mol/L，葡萄糖酸钙离子的浓度为0.02mol/L，六偏磷酸钠的浓度为0.01mol/L，氢氧化钠的浓度为0.01 mol/L。

3）微弧氧化。

以医用钛合金为阳极、不锈钢为阴极，采单向流脉冲电源，电压为100-380V、频率400赫兹、占空比80%、阴阳极板间距120mm、电解液温度30℃的条件下对医用钛合金进行10分钟的微弧氧化处理，得到兼具抗菌和促成骨的多孔生物陶瓷涂层。

该涂层呈宏观多孔状，孔径为2~9μm、表面纳米颗粒直径为40~120nm；涂层中含有镁、氟、钙、磷、钛和氧元素，其中铜5.7%，镁15.3%，氟２.7%，钙15.8%，磷10.3%，此外，该涂层与钛基体的结合强度为35.7MPa。

实施例6。

1）预处理。

2）电解液配制。

将葡萄糖酸钙，葡萄糖酸镁，葡萄糖酸铜，氟化钠，六偏磷酸钠，氢氧化钠溶于去离子水中，混合均匀，配制成电解液；电解液中葡萄糖酸铜离子的浓度为0.01mol/L，葡萄糖酸镁离子的浓度为0.02mol/L，氟化钠离子的浓度为0.01mol/L，葡萄糖酸钙离子的浓度为0.02mol/L，六偏磷酸钠的浓度为0.02mol/L，氢氧化钠的浓度为0.02 mol/L。

3）微弧氧化。

以医用钛合金为阳极、不锈钢为阴极，采单向流脉冲电源，电压为200-500V、频率600赫兹、占空比60%、阴阳极板间距80mm、电解液温度30℃的条件下对医用钛合金进行15分钟的微弧氧化处理，得到兼具抗菌和促成骨的多孔生物陶瓷涂层。

该涂层呈宏观多孔状，孔径为1~8μm、表面纳米颗粒直径为30~85nm；涂层中镁，氟，钙,磷,钛和氧元素，其中铜5.6%，镁13.6%，氟２.5%，钙15.6%，磷13.9%，此外，该涂层与钛基体的结合强度为32.8MPa。

综上所述，本发明公开的兼具抗菌和促成骨的多孔生物陶瓷涂层，充分考虑了材料、细菌和细胞之间的竞争关系，通过对植入物的表面改性，使植入物表面兼具抗菌、促进细胞粘附增殖及提高材料生物相容性等多种生物学功能，从而真正实现医用材料结构和功能的一体化。

具体地，本发明的涂层中添加的镁元素是骨组织的重要组成部分，在人体内的所有阳离子中，镁离子的含量位列第四，人体内一半以上的镁是以生物镁的形式储存于骨组织中，镁离子可以促进钙盐的沉积，是骨组织生长的必需元素。镁的缺乏会导致骨组织停止生长、降低成骨细胞和破骨细胞的活性，导致骨质疏松的发生。镁作为骨组织中羟基灰石的阳离子替代物，其缺乏可减少成骨细胞的数量和增加破骨细胞的数量，导致骨代谢紊乱，而且镁具有抗菌作用，能够抑制细菌的粘附和增殖。

氟作为机体生命活动所必须的微量元素之一，在全身的骨骼生长发育和维持骨骼生理结构功能中扮演着重要的角色。氟化物的生物学效应的特征表现正是其对钙化组织的强烈的亲和性，因而人体内的氟几乎绝大部分分布于牙齿和骨骼等硬组织当中，氟化物可以直接通过刺激成骨细胞增殖和加强碱性磷酸酶活性，增强成骨作用；此外，氟能抑制抗菌斑细菌的活性减少细菌的附着。

铜作为人体重要的微量元素之一，是超氧化物歧化酶的重要成分，铜不仅能促进RNA的合成，而且能提高细胞核内DNA的转录复制能力，促进基因的复制和转录，使得蛋白质合成增加；铜参与体内多种种酶的结构和功能，进一步影响着细胞的粘附增殖分化矿化和凋亡等；铜能够通过促进ALP的活性明显提高成骨细胞的生物活性，加速钙盐和磷盐的沉积和矿化，促进新生骨组织的形成；更重要的是铜离子具有抗菌作用，其抗菌机制主要是铜离子能够穿透细菌的细胞壁进入细菌体内，破坏细菌合成酶的生物活性，同时改变细菌体内的微环境，进而使细菌丧失分裂增殖能力最终导致细菌死亡。

Claims

1.一种兼具抗菌和促成骨的多孔生物陶瓷涂层，其特征在于，该多孔生物陶瓷涂层，以质量分数计，包括：0.6%~5.8%的铜，3.7%~15.6%的镁，0.3%~2.9%的氟，3.2%~16.0%的钙，2.6%~18.3%的磷，余量为二氧化钛。

2.如权利要求1所述的兼具抗菌和促成骨的多孔生物陶瓷涂层，其特征在于，该多孔生物陶瓷涂层呈微纳米级多孔结构，孔径为1~10μm。

3.如权利要求1所述的兼具抗菌和促成骨的多孔生物陶瓷涂层，其特征在于，该多孔生物陶瓷涂层表面呈纳米颗粒状，纳米颗粒的晶粒尺寸为30~150nm。

4.权利要求1~3中任意一项所述的兼具抗菌和促成骨的多孔生物陶瓷涂层作为硬组织修复材料的应用。

5.如权利要求4所述的应用，其特征在于，所述硬组织修复材料包括牙齿修复材料或骨修复材料。

6.权利要求1~3中任意一项所述的兼具抗菌和促成骨的多孔生物陶瓷涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）将铜源、镁源、氟源、钙源和磷源溶于碱性水溶液中配制成电解液；

其中，电解液中铜离子的浓度为0.005~0.02mol/L，镁离子的浓度为0.01~0.05mol/L，氟离子的浓度为0.005~0.03mol/L，钙离子的浓度为0.01~0.05mol/L，磷酸根离子的浓度为0.005~0.03mol/L，氢氧根离子的浓度为0.005~0.03mol/L；

7.根据权利要求6所述的兼具抗菌和促成骨的多孔生物陶瓷涂层的制备方法，其特征在于，步骤1）所述铜源为葡萄糖酸铜，镁源为葡萄糖酸镁，氟源为氟化钠，钙源为葡萄糖酸钙，磷源为磷酸钠和六偏磷酸钠中的一种或两种，碱性水溶液为氢氧化钠水溶液。

8.根据权利要求6所述的兼具抗菌和促成骨的多孔生物陶瓷涂层的制备方法，其特征在于，步骤2）中，微弧氧化处理的条件为：脉冲电压为100~500V、频率为100~600Hz、占空比为10%~80%，阴阳极板间距为60~180mm。

9.根据权利要求6或8所述的兼具抗菌和促成骨的多孔生物陶瓷涂层的制备方法，其特征在于，微弧氧化处理过程中维持电解液温度控制在30℃以下，处理时间为5~30min。

10.根据权利要求6所述的兼具抗菌和促成骨的多孔生物陶瓷涂层的制备方法，其特征在于，制得的兼具抗菌和促成骨的多孔生物陶瓷涂层与医用钛或钛合金的结合强度为21.6～39.3MPa。