医用钛表面微/纳米结构化改性及功能性复合涂层

摘要

钛基羟基磷灰石(HA)涂层材料在硬组织置换术中已经得到了广泛的应用。但通常的HA涂层与天然骨组织仍有很大差别,且不具备消炎抗菌性能。为了改善涂层的生物性能,抗菌性能以及与底材的结合强度,本课题在阳极氧化和450℃热处理后的纯钛表面,通过真空预矿化和共沉积的方法在TiO2纳米管表面分别制备了携载蛋白质(Bovine serum albumin,BSA)和携载抗生素(庆大霉素)的HA涂层。
　　 在研究BSA／HA涂层过程中,为考察不同形貌和尺寸的氧化钛纳米管表面对HA涂层形成的影响,制备了四种试样,分别是管径约为50nm、100nm和170nm的纳米管表面和数十微米孔壁同时有100nm纳米管的微／纳米结构表面。研究对比了这四种表面形成HA涂层的能力以及各涂层结合强度的大小。结果发现,微／纳米多孔表面比纳米管表面具有更好的形成HA的能力,而对于不同管径的纳米管表面,170nm管径较50nm管径更容易促进HA晶体的成核生长,且在一定范围内,纳米管管径越大,越利于涂层的形成。经过真空预矿化的试样,HA涂层生长速率加快,且涂层结合强度明显高于未经预矿化的试样。大管径表面得到的涂层结合强度高于小管径的,微／纳米多孔结构试样的结合强度最高,达18MPa以上。
　　 在载药涂层的研究中,主要分析了矿化液中不同药物浓度对于HA形成的影响,通过细菌培养考察涂层的抗菌性能。研究发现,矿化液中庆大霉素浓度在0～1000mg／L时能够获得钙磷层,且涂层的形成能力随浓度升高而提高,当药物浓度高于1200mg／L时则会阻碍钙磷的沉积。细菌试验表明载有庆大霉素的HA涂层能显著抑制大肠杆菌和白色葡萄球菌的繁殖。
　　 本文还考察了两种涂层中BSA和庆大霉素的体外释放规律。170nm管径的TiO2纳米管表面在BSA浓度为1000mg／L的矿化液中矿化24小时后,得到BSA／HA涂层中蛋白质的总量约为1.87mg,沉积率为18.7％；15天后BSA释放率为44％。100nm管径的TiO2纳米管表面在药物浓度为1000mg／L的矿化液中矿化48小时后,得到载药涂层中庆大霉素的总量约为8.36mg；经过15天的体外药物释放表明:释放率达87.5％,前12天内平均每天释药量均超过最低抑菌浓度(MIC)值。
　　 用真空预矿化和仿生共沉积的方法在钛基微／纳米多孔结构表面可快速生成高结合强度的仿生HA涂层。另外,用该方法制备载抗生素的HA涂层,具有优良的抗菌能力,适合于关节等处局部给药。