專利名稱：碘抗菌鈦合金骨科內(nèi)固定釘板的設(shè)計(jì)和制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種碘抗菌鈦合金骨科內(nèi)固定物的設(shè)計(jì)、制備及應(yīng)用， 屬于醫(yī)學(xué)生物材料制備技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
作為人工關(guān)節(jié)、牙齒種植體、骨折內(nèi)固定及脊柱矯形和融合材料等， 鈦和鈦合金已廣泛用于臨床、植入人體，造福廣大患者，但同時(shí)由植入物引起的相關(guān)性感染成為其使用的最嚴(yán)重、甚至災(zāi)難性并發(fā)癥，尤其在開放骨折、關(guān)節(jié)返修時(shí)更易發(fā)生感染。全身應(yīng)用抗生素是治療感染的有效方法，但內(nèi)植物相關(guān)感染時(shí)由于表面細(xì)菌生物膜的形成以及局部血液循環(huán)的破壞，全身應(yīng)用抗生素很難達(dá)到局部所需血藥濃度、根治感染，且長(zhǎng)期大量全身應(yīng)用抗生素會(huì)對(duì)肝腎腦等重要臟器產(chǎn)生嚴(yán)重的毒副作用及二重感染等。目前認(rèn)為， 對(duì)生物材料進(jìn)行表面處理使之具有防治感染的作用是避免此類并發(fā)癥的理想方法。近來(lái)已有此類研究報(bào)道，如對(duì)生物材料表面進(jìn)行高分子聚合物的共價(jià)結(jié)合、離子(如F+)注入、負(fù)載攜抗生素的殼聚糖納米顆粒涂層、含銀離子涂層等處理，但尚存在許多不足，如缺乏化學(xué)穩(wěn)定性、引起局部炎癥反應(yīng)、不可控釋及局部應(yīng)用抗生素可產(chǎn)生機(jī)體的抗藥性等。雖然銀離子由于其高效抗菌引起研究者的廣泛興趣，但新近有研究顯示銀對(duì)機(jī)體具有細(xì)胞毒性，從而限制了其在臨床的使用。故此，探索和制備安全有效、切實(shí)可行、新型抗菌生物材料為臨床迫切所需，具有重要的應(yīng)用價(jià)值。碘的抗菌、殺菌作用早已被共識(shí)，它通過(guò)氧化細(xì)菌細(xì)胞漿的活性基團(tuán)，與蛋白質(zhì)的氨基結(jié)合使之變性而發(fā)揮滅菌作用。碘伏是碘與聚乙烯吡咯酮的有機(jī)復(fù)合物，通過(guò)慢慢釋放游離碘而發(fā)揮溫和而持久的消毒作用，既可以用于皮膚也可以用于黏膜和創(chuàng)口，甚至可用于體腔(胸腔、腹腔、關(guān)節(jié)腔)消毒滅菌，具有廣泛的抗菌譜，不僅細(xì)菌，而且真菌、結(jié)核菌、和病毒.而且，碘是機(jī)體所必需的元素、甲狀腺素的重要成分，每天須有一定量的攝入。 如果結(jié)合在植入物使用，不失為高效、安全的防治植入物及其手術(shù)相關(guān)感染的手段。陽(yáng)極氧化技術(shù)是在電化學(xué)方法基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種新的表面處理方法，鈦和鈦合金，陽(yáng)極氧化技術(shù)是在電解質(zhì)溶液中，以鈦及鈦合金為陽(yáng)極，不銹鋼、鐵、鉻、鎳或金屬電解槽器壁為陰極，在一定電壓、電流等條件下，使陽(yáng)極表面發(fā)生氧化，生成陽(yáng)極氧化膜氧化膜，鈦和鈦合金植入物良好的生物相容性歸因于其表面易形成穩(wěn)定的氧化物，通過(guò)陽(yáng)極氧化在其表面很容易形成高粘附性、疏松多孔的陽(yáng)極氧化物膜，而膜的成分取決于電解質(zhì)的成分，已有報(bào)道在含有鈣、磷的電解液中通過(guò)陽(yáng)極氧化其表面可形成羥基磷灰石。本專利描述以碘伏作為電解質(zhì)在鈦合金基體表面形成具有殺菌性陽(yáng)極氧化膜的方法和新用途。

發(fā)明內(nèi)容
以碘溶液作為電解液陽(yáng)極氧化鈦合金表面的處理方法和應(yīng)用。具體工藝過(guò)程如下基體(鈦合金)表面預(yù)處理后，以0. 5mol/L的H2S04溶液作為電解液，電解電壓為30V，電解時(shí)間5min制備基體的陽(yáng)極氧化膜；再以聚乙烯吡咯酮-碘水溶液(實(shí)際I2含量0. 5-2. 0% (W/V))為電解液，電壓70-150V,電解時(shí)間5-30min,再次陽(yáng)極化形成含碘陽(yáng)極氧化膜，蒸餾水沖洗，壓縮空氣吹干，滅菌備用。所制備的聚維酮碘涂層在鈦合金基體表面呈灰黃色(如圖1所示，抗菌聚維酮碘涂層接骨板和螺釘)。涂層厚度為5-7um。涂層具有良好的抗菌性能，體外抗菌實(shí)驗(yàn)顯示，涂層的抗菌率隨碘含量的增加而增加，對(duì)金黃色葡萄球菌、大腸桿菌及銅綠假單胞菌有明顯抗菌作用(圖2)。0.5-2.0% (W/V)碘含量涂層無(wú)細(xì)胞毒性，MTT法細(xì)胞毒性檢測(cè)顯示，2% (W/V)碘含量涂層毒性為0級(jí)。急性溶血實(shí)驗(yàn)顯示，2% (W/V)碘含量涂層溶血率為0. 1%0 可用于骨科鈦合金金屬固定、植入材料表面處理提高其抗菌性能。


圖1碘抗菌涂層鈦合金接骨板和螺釘圖2碘抗菌涂層對(duì)大腸桿菌、綠膿假單胞菌和金黃色葡萄球菌的抑制率
具體實(shí)施例方式1.基體(鈦合金)的表面預(yù)處理基體打磨拋光/化學(xué)浸蝕、脫脂，丙酮、無(wú)水乙醇和超聲波清洗，在干燥箱干燥。2基體的陽(yáng)極氧化膜制備電解液為0. 5mol/L的H2S04溶液，電解電壓為30V，時(shí)間 5min。3基體再次陽(yáng)極化形成含碘陽(yáng)極氧化膜電解液為聚乙烯吡咯酮-碘水溶液(實(shí)際 I2 含量 0. 5-2. 0% (ff/V))，電壓 70-150V,時(shí)間 5_30min。4.蒸餾水沖洗，壓縮空氣吹干，滅菌備用。
權(quán)利要求
1.一種以鈦合金(Ti-6A1-4V)為基體的碘抗菌涂層，其特征在于所述涂層由聚維酮碘組成，碘作為抗菌添加成分。
2.按權(quán)利要求1所述碘抗菌涂層，其特征在于厚度為5-7um。
3.按權(quán)利要求1所述碘抗菌涂層，其特征在于碘載量大于lOug/cm2。.4.制備如權(quán)利要求1-3所述碘抗菌涂層的方法，其特征在于制備步驟是(1)鈦合金金屬基體的表面預(yù)處理清洗和噴砂預(yù)處理。(2)基體的陽(yáng)極氧化膜制備電解液為0.5mol/L的H2S04溶液，電解電壓為30V，時(shí)間 5min。(3)基體再次陽(yáng)極化形成含碘陽(yáng)極氧化膜電解液為聚乙烯吡咯酮-碘水溶液(實(shí)際I2 含量 0. 5-2. 0% (ff/V))，電壓為 70-150V,時(shí)間為 5_30min。(4)蒸餾水沖洗，壓縮空氣吹干，滅菌備用
4.按照權(quán)利要求3所述的碘抗菌涂層制備方法，其特征在于基體進(jìn)行兩次陽(yáng)極氧化。
5.按照權(quán)利要求3所述的碘抗菌涂層制備方法，其特征在于基體第二次陽(yáng)極氧化的電解液為聚乙烯吡咯酮-碘水溶液。
6.按照權(quán)利要求3所述的碘抗菌涂層制備方法，其特征在于基體第二次陽(yáng)極氧化的電壓為 70-150V,時(shí)間為 5-30min。
7.按照權(quán)利要求1-6所述碘抗菌涂層的應(yīng)用，其特征在于涂層具有良好的抗菌性能， 對(duì)大腸桿菌、綠膿假單胞菌和金黃色葡萄球菌的抗菌率大于95%。
8.按照權(quán)利要求1-7所述碘抗菌涂層的應(yīng)用，具有良好的生物相容性，無(wú)細(xì)胞毒性。
9.按照權(quán)利要求1-8所述碘抗菌涂層的應(yīng)用不限于骨科內(nèi)固定物和內(nèi)植物，所有鈦合金表面此種處理均在此權(quán)力要求范圍。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種鈦和鈦合金骨折內(nèi)固定釘板表面碘修飾抗菌作用及制備方法。鈦和鈦合金經(jīng)過(guò)預(yù)處理，在含碘伏電解液中進(jìn)行陽(yáng)極氧化處理，表面形成一層含碘的、高粘附、多孔的陽(yáng)極氧化膜，從而獲得抗菌性能，而且該陽(yáng)極氧化膜具有良好的生物相容性和生物力學(xué)性能，可緩慢釋放碘離子，有效抑制材料周圍和表面的細(xì)菌繁殖，防治假體、內(nèi)固定物等相關(guān)性感染，使開放性骨折和其他原因所導(dǎo)致的骨缺損在清創(chuàng)或病灶清除后亦可進(jìn)行l(wèi)期植骨和固定。避免了全身應(yīng)用抗菌素的毒副作用及局部應(yīng)用抗菌素機(jī)體產(chǎn)生耐藥性等不良事件的發(fā)生(圖1、2)。圖1碘抗菌涂層鈦合金接骨板和螺釘實(shí)例圖2碘抗菌涂層對(duì)大腸桿菌、綠膿假單胞菌和金黃色葡萄球菌的抑制率。
文檔編號(hào)C25D11/26GK102416202SQ20111013499
公開日2012年4月18日 申請(qǐng)日期2011年5月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月24日
發(fā)明者周君琳 申請(qǐng)人:周君琳