一種金屬表面高度生物兼容性涂層及制備方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供了一種金屬表面高度生物兼容性涂層的制備方法，包括如下步驟：(1)將金屬待處理樣品洗滌后，浸泡于雙膦酸溶液，取出干燥后金屬樣品的表面制得二膦酸磷化膜；(2)將步驟(1)處理后的金屬樣品洗滌后放置于羥基磷灰石懸濁液浸泡，同時(shí)進(jìn)行攪拌，取出干燥后制得羥基磷灰石涂層。本發(fā)明以化學(xué)鏈接為主要結(jié)合方式的涂裝方法可實(shí)現(xiàn)羥基磷灰石快速穩(wěn)固的涂覆，從而完成生物兼容性涂層的制備。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
一種金屬表面高度生物兼容性涂層及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及金屬表面涂層的制備，特別是涉及一種金屬表面高度生物兼容性涂層的制備方法?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]目前，生物與醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)的主要載體是玻璃器皿，而手術(shù)器械、植入材料與其它醫(yī)療設(shè)備的主要材料為醫(yī)用合金，生物兼容性較差。生物與醫(yī)學(xué)需要對(duì)金屬涂覆一種材料，其生物兼容性與玻璃表面非常相近，從而實(shí)現(xiàn)玻璃器皿上進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)所得數(shù)據(jù)與金屬器械互通。輕基磷灰石(hydroxyapatite，簡(jiǎn)寫(xiě)為HA或HAP，分子式為Cai〇(OH)2(P〇4)6)是牙齒和骨豁的主要(無(wú)機(jī))成分，在前沿醫(yī)學(xué)上也作為人造骨的最佳成分。羥基磷灰石生物兼容性好，是能刺激或者誘導(dǎo)骨組織生長(zhǎng)并能與骨組織形成骨性結(jié)合的天然陶瓷材料，生物兼容性及生物活性均優(yōu)于磷酸三鈣及其它磷鈣陶瓷材料。羥基磷灰石的使用，有助于細(xì)胞的粘附、增殖及功能發(fā)揮，在直接作為骨、牙等替代或缺損修復(fù)材料的基礎(chǔ)上，不但是優(yōu)異的骨組織工程載體材料，也可作為其它醫(yī)學(xué)功能材料或藥物的載體材料。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有金屬基底表面成膜技術(shù)中存在的部分問(wèn)題，提供一種金屬表面高度生物兼容性涂層及制備方法。
[0004]本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0005]—種金屬表面高度生物兼容性涂層的制備方法，包括如下步驟:
[0006](1)將金屬待處理樣品洗滌后，浸泡于雙膦酸溶液，取出干燥后金屬樣品的表面制得化學(xué)反應(yīng)層和二膦酸磷化膜；
[0007](2)將步驟(1)處理后的金屬樣品洗滌后放置于羥基磷灰石懸濁液浸泡，同時(shí)進(jìn)行攪拌，取出干燥后制得羥基磷灰石涂層。
[0008]優(yōu)選地，所述步驟(1)中浸泡溫度為20_30°C，時(shí)間為1-5分鐘;雙膦酸溶液濃度為 0?6_5mol/l。
[0009]優(yōu)選地，所述雙膦酸溶液為羥基乙叉二膦酸溶液。
[0010]優(yōu)選地，所述步驟(1)中的二膦酸磷化膜的厚度為10-1000納米。[〇〇11]優(yōu)選地，所述步驟(1)中的洗滌為去離子水超聲洗滌。
[0012]優(yōu)選地，所述步驟(2)中的羥基磷灰石懸濁液的濃度為5-40g/l。[〇〇13] 優(yōu)選地，所述步驟(2)中的浸泡溫度為20-30°C，時(shí)間為2-5分鐘。[〇〇14]優(yōu)選地，所述步驟(1)和步驟(2)中的干燥均為放置于燥箱中50-70 °C干燥5-20分鐘或20-30 °C空氣中干燥2-4小時(shí)。
[0015]優(yōu)選地，所述步驟(2)中的羥基磷灰石涂層的厚度為10-1000微米。
[0016]本發(fā)明的另一方面為一種金屬表面高度生物兼容性涂層，依次包括金屬基底、化學(xué)反應(yīng)層、二膦酸磷化膜和羥基磷灰石涂層，所述二膦酸磷化膜的厚度為10-1000納米，羥基磷灰石涂層的厚度為10-1000微米。
[0017]本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明提供的一種高效、簡(jiǎn)易的生物兼容性材料在金屬表面成膜方法，實(shí)現(xiàn)其與金屬基底的化學(xué)鏈接，提高金屬表面的生物兼容性能。本發(fā)明適用于各種尺寸、各類(lèi)金屬基底，如不銹鋼，碳鋼，螺紋鋼，冷乳鋼，熱乳鋼，錳鋼，鋁，鋁合金，鈦，鈦合金，鈷合金，鎂鋁合金等的一種。多數(shù)的金屬醫(yī)療器械均是裸金屬器械，本發(fā)明可有效改進(jìn)生物兼容性問(wèn)題，當(dāng)二膦酸磷化膜為主的轉(zhuǎn)換化學(xué)層形成后，在金屬的表面可以吸附羥基磷灰石粉末成膜。這種以化學(xué)鏈接為主要結(jié)合方式的涂裝方法可實(shí)現(xiàn)羥基磷灰石快速穩(wěn)固的涂覆，從而完成生物兼容性涂層的制備一不同于物理或化學(xué)氣相沉積等復(fù)雜昂貴的方法。【附圖說(shuō)明】
[0018]圖1是本發(fā)明產(chǎn)品的層結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖2是實(shí)施例1產(chǎn)品的AnnexinV-FITC的熒光分布；[〇〇2〇] 圖3是實(shí)施例2產(chǎn)品的AnnexinV-FITC的熒光分布；[〇〇21] 圖4是實(shí)施例3產(chǎn)品的AnnexinV-FITC的熒光分布；[〇〇22]圖5是參照染色陰性細(xì)胞的AnnexinV-FITC的熒光分布；
[0023]圖6是實(shí)施例1產(chǎn)品的PI染色標(biāo)記晚期凋亡細(xì)胞熒光分布；
[0024]圖7是實(shí)施例2產(chǎn)品的PI染色標(biāo)記晚期凋亡細(xì)胞熒光分布；
[0025]圖8是實(shí)施例3產(chǎn)品的PI染色標(biāo)記晚期凋亡細(xì)胞熒光分布；
[0026]圖9是參照染色陰性細(xì)胞的PI染色標(biāo)記晚期凋亡細(xì)胞熒光分布；
[0027]圖10是實(shí)施例4產(chǎn)品的光電子能譜儀檢測(cè)示意圖?！揪唧w實(shí)施方式】
[0028]為了更好地說(shuō)明本發(fā)明，下面結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述。
[0029]—種金屬表面高度生物兼容性涂層，包括金屬基底12、金屬表面13、化學(xué)反應(yīng)層 14、二膦酸磷化膜18和羥基磷灰石涂層16,二膦酸磷化膜18厚度可控制在10-1000納米，羥基磷灰石涂層16的厚度為10-1000微米。
[0030]制備方法如下:金屬待處理樣品的金屬基底12與表面氧化物(如鐵銹)等雜物或污染物，其中間分界為新鮮金屬表面13;將金屬待處理樣品用去離子水超聲洗滌后，放入常溫 5mol/l羥基乙叉二膦酸溶液中，浸泡2分鐘，除去表面氧化物(鐵銹)等雜物，并在金屬表面 13上形成一層以二膦酸鹽為主的化學(xué)反應(yīng)層14。這層鹽的形成可參考引用文獻(xiàn)，必要時(shí)可采用除氧裝置。[〇〇31]將處理過(guò)的金屬樣品取出在空氣中干燥，化學(xué)反應(yīng)層14上會(huì)形成一層二膦酸磷化膜18,厚度可為500納米，多余的磷化膜可通過(guò)水流沖洗掉。[〇〇32]二膦酸磷化膜18形成后，將上述處理過(guò)的金屬樣品在20°C下不斷進(jìn)行攪拌浸泡 20g/l的羥基磷灰石(HA)懸濁液中放置5分鐘，懸濁于水中的羥基磷灰石顆粒將在二膦酸磷化膜18的表面形成輕基磷灰石涂層16,厚度為500微米。[〇〇33] 實(shí)施例1:
[0034] (1)將人胃粘膜細(xì)胞株(GES-1)放置于玻璃樣品上培養(yǎng)60小時(shí)，收集細(xì)胞，使用細(xì)胞凋亡試劑盒染色，在BD-Accuri C6流式細(xì)胞儀上檢測(cè)AnnexinV-FITC和PI的熒光信號(hào)。 AnnexinV-FITC標(biāo)記早期凋亡細(xì)胞，PI標(biāo)記晚期凋亡細(xì)胞。[〇〇35] 實(shí)施例2:[〇〇36] (1)將304不銹鋼載體用去離子水超聲洗滌后，20°C浸泡于5mol/l羥基乙叉二膦酸中2分鐘，放置于70 °C干燥箱中干燥20分鐘；
[0037] (2)將(1)步驟所得不銹鋼載體用去離子水洗滌后，放置于20g/l的羥基磷灰石懸濁液中，不斷進(jìn)行攪拌20°C浸泡5分鐘；
[0038] (3)將(2)步驟所得不銹鋼載體放置于干燥箱中60°C溫度干燥10分鐘；
[0039] (4)將(3)步驟所得樣品放置于去離子水中沖洗30秒；
[0040] (5)將(4)步驟所得樣品放置于干燥箱中60°C溫度干燥10分鐘；[〇〇411 (6)將人胃粘膜細(xì)胞株(GES-1)放置于(5)樣品上培養(yǎng)60小時(shí)，收集細(xì)胞，使用細(xì)胞凋亡試劑盒染色，在BD-Accuri C6流式細(xì)胞儀上檢測(cè)AnnexinV-FITC和PI的熒光信號(hào)。 AnnexinV-FITC標(biāo)記早期凋亡細(xì)胞，PI標(biāo)記晚期凋亡細(xì)胞。[〇〇42] 實(shí)施例3:[〇〇43] (1)將304不銹鋼載體用去離子水超聲洗滌后，放置于70°C干燥箱中干燥20分鐘；
[0044] (2)將(1)步驟所得不銹鋼載體用去離子水洗滌后，放置于20g/l的羥基磷灰石懸濁液中，不斷進(jìn)行攪拌20°C浸泡5分鐘；
[0045] (3)將(2)步驟所得不銹鋼載體放置于干燥箱中60°C溫度干燥10分鐘；
[0046] (4)將(3)步驟所得樣品放置于去離子水中沖洗30秒；
[0047] (5)將(4)步驟所得樣品放置于干燥箱中60度溫度干燥10分鐘；[〇〇48] (6)將人胃粘膜細(xì)胞株(GES-1)放置于(5)樣品上培養(yǎng)60小時(shí)，收集細(xì)胞，使用細(xì)胞凋亡試劑盒染色，在BD-Accuri C6流式細(xì)胞儀上檢測(cè)AnnexinV-FITC和PI的熒光信號(hào)。 AnnexinV-FITC標(biāo)記早期凋亡細(xì)胞，PI標(biāo)記晚期凋亡細(xì)胞。
[0049] 實(shí)施例4:[〇〇5〇] (1)將304不銹鋼載體用去離子水超聲洗滌后，20°C浸泡于5mol/l羥基乙叉二膦酸 (依替膦酸，ffiDP)中2分鐘，放置于70 °C干燥箱中干燥20分鐘；
[0051] (2)將(1)步驟所得不銹鋼載體用去離子水洗滌后，放置于20g/l的羥基磷灰石 (HA)懸濁液中，不斷進(jìn)行攪拌20°C浸泡5分鐘；
[0052] (3)將(2)步驟所得不銹鋼載體放置于干燥箱中60°C溫度干燥10分鐘；[〇〇53] (4)將(3)步驟所得樣品放置于去離子水中沖洗30秒；
[0054] (5)將(4)步驟所得樣品放置于干燥箱中60°C溫度干燥10分鐘;取后放入光電子能譜儀(XPS)進(jìn)行檢測(cè)。[〇〇55] 圖2-4顯示實(shí)施例1-3產(chǎn)品的AnnexinV-FITC的熒光分布。圖5是參照染色陰性細(xì)胞對(duì)照的AnnexinV-FITC的熒光分布，Annexin陰性標(biāo)記為105以下。實(shí)施例1、實(shí)施例2、實(shí)施例 3均出現(xiàn)陽(yáng)性分布，而實(shí)施例2早期凋亡細(xì)胞比例明顯低于實(shí)施例1、實(shí)施例3,提示鍍膜后的生物兼容性明顯優(yōu)于非鍍膜鋼板。實(shí)施例2組早期凋亡細(xì)胞最少，提示鍍膜后的生物兼容性?xún)?yōu)異。[〇〇56]圖6-8顯示實(shí)施例1-3產(chǎn)品PI染色標(biāo)記晚期凋亡細(xì)胞熒光分布:圖9是參照染色陰性細(xì)胞對(duì)照的PI染色標(biāo)記晚期凋亡細(xì)胞熒光分布，實(shí)施例1、實(shí)施例2未測(cè)到明顯PI陽(yáng)性分布，而實(shí)施例3有較明現(xiàn)陽(yáng)性分布，提示鍍膜后的鋼板細(xì)胞毒性降低至與玻璃相近。
[0057]圖10是實(shí)施例4的光電子能譜，結(jié)果表明使用了二膦酸作為化學(xué)結(jié)合層后，金屬表面涂覆了完整的羥基磷灰石涂層。
[0058]測(cè)試結(jié)果說(shuō)明，本發(fā)明實(shí)施例2在使用了二膦酸作為化學(xué)結(jié)合層后，可以有效吸附羥基磷灰石陶瓷粉體形成生物兼容性涂層;而不使用本發(fā)明的實(shí)施例3則無(wú)法進(jìn)行涂覆。而且，這種涂層的生物相容性與玻璃相近且略?xún)?yōu)于玻璃。
[0059]以上所述，僅為本發(fā)明較佳的【具體實(shí)施方式】，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此， 任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明披露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換， 都應(yīng)該涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書(shū)的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種金屬表面高度生物兼容性涂層的制備方法，其特征在于，包括如下步驟:(1)將金屬待處理樣品洗滌后，浸泡于雙膦酸溶液，取出干燥后金屬樣品的表面制得化 學(xué)反應(yīng)層和二膦酸磷化膜；(2)將步驟(1)處理后的金屬樣品洗滌后放置于羥基磷灰石懸濁液浸泡，同時(shí)進(jìn)行攪 拌，取出干燥后表面制得羥基磷灰石涂層。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述步驟(1)中浸泡溫度為20-30°C， 時(shí)間為1-5分鐘;雙膦酸溶液濃度為0.6-5mol/l。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，所述雙膦酸溶液為羥基乙叉二膦酸溶液。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述步驟(1)中的二膦酸磷化膜的厚 度為10-1000納米。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述步驟(1)中的洗滌為去離子水超聲洗滌。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述步驟(2)中的羥基磷灰石懸濁液 的濃度為5_40g/l。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述步驟(2)中的浸泡溫度為20-30 °C，時(shí)間為2-5分鐘。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述步驟(1)和步驟(2)中的干燥均為 放置于燥箱中50-70 °C干燥5-20分鐘或20-30 °C空氣中干燥2-4小時(shí)。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述步驟(2)中的羥基磷灰石涂層的 厚度為10-1000微米。10.根據(jù)權(quán)利要求1-9任一所述的方法制備的金屬表面高度生物兼容性涂層，其特征在 于，依次包括金屬基底、化學(xué)反應(yīng)層、二膦酸磷化膜和羥基磷灰石涂層，所述二膦酸磷化膜 的厚度為10-1000納米，羥基磷灰石涂層的厚度為10-1000微米。
【文檔編號(hào)】C23C22/23GK106086842SQ201610726884
【公開(kāi)日】2016年11月9日
【申請(qǐng)日】2016年8月25日
【發(fā)明人】高峰, 李磊, 高齊輝
【申請(qǐng)人】濟(jì)南御麟化工科技有限公司