一種金屬表面高度生物兼容性涂層及制備方法
【專利摘要】本發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，同時進行攪拌，取出干燥后制得羥基磷灰石涂層。本發明以化學鏈接為主要結合方式的涂裝方法可實現羥基磷灰石快速穩固的涂覆，從而完成生物兼容性涂層的制備。
【專利說明】
一種金屬表面高度生物兼容性涂層及制備方法
技術領域
[0001]本發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。【背景技術】
[0002]目前，生物與醫學實驗的主要載體是玻璃器皿，而手術器械、植入材料與其它醫療設備的主要材料為醫用合金，生物兼容性較差。生物與醫學需要對金屬涂覆一種材料，其生物兼容性與玻璃表面非常相近，從而實現玻璃器皿上進行的實驗所得數據與金屬器械互通。輕基磷灰石(hydroxyapatite，簡寫為HA或HAP，分子式為Cai〇(OH)2(P〇4)6)是牙齒和骨豁的主要(無機)成分，在前沿醫學上也作為人造骨的最佳成分。羥基磷灰石生物兼容性好，是能刺激或者誘導骨組織生長并能與骨組織形成骨性結合的天然陶瓷材料，生物兼容性及生物活性均優于磷酸三鈣及其它磷鈣陶瓷材料。羥基磷灰石的使用，有助于細胞的粘附、增殖及功能發揮，在直接作為骨、牙等替代或缺損修復材料的基礎上，不但是優異的骨組織工程載體材料，也可作為其它醫學功能材料或藥物的載體材料。
【發明內容】
[0003]本發明的目的是解決現有金屬基底表面成膜技術中存在的部分問題，提供一種金屬表面高度生物兼容性涂層及制備方法。
[0004]本發明的目的是通過以下技術方案實現的:
[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反應層和二膦酸磷化膜；
[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，同時進行攪拌，取出干燥后制得羥基磷灰石涂層。
[0008]優選地，所述步驟(1)中浸泡溫度為20_30°C，時間為1-5分鐘;雙膦酸溶液濃度為 0?6_5mol/l。
[0009]優選地，所述雙膦酸溶液為羥基乙叉二膦酸溶液。
[0010]優選地，所述步驟(1)中的二膦酸磷化膜的厚度為10-1000納米。[〇〇11]優選地，所述步驟(1)中的洗滌為去離子水超聲洗滌。
[0012]優選地，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] 優選地，所述步驟(2)中的浸泡溫度為20-30°C，時間為2-5分鐘。[〇〇14]優選地，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。
[0015]優選地，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、化學反應層、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]本發明的有益效果:本發明提供的一種高效、簡易的生物兼容性材料在金屬表面成膜方法，實現其與金屬基底的化學鏈接，提高金屬表面的生物兼容性能。本發明適用于各種尺寸、各類金屬基底，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。多數的金屬醫療器械均是裸金屬器械，本發明可有效改進生物兼容性問題，當二膦酸磷化膜為主的轉換化學層形成后，在金屬的表面可以吸附羥基磷灰石粉末成膜。這種以化學鏈接為主要結合方式的涂裝方法可實現羥基磷灰石快速穩固的涂覆，從而完成生物兼容性涂層的制備一不同于物理或化學氣相沉積等復雜昂貴的方法。【附圖說明】
[0018]圖1是本發明產品的層結構示意圖；
[0019]圖2是實施例1產品的AnnexinV-FITC的熒光分布；[〇〇2〇] 圖3是實施例2產品的AnnexinV-FITC的熒光分布；[〇〇21] 圖4是實施例3產品的AnnexinV-FITC的熒光分布；[〇〇22]圖5是參照染色陰性細胞的AnnexinV-FITC的熒光分布；
[0023]圖6是實施例1產品的PI染色標記晚期凋亡細胞熒光分布；
[0024]圖7是實施例2產品的PI染色標記晚期凋亡細胞熒光分布；
[0025]圖8是實施例3產品的PI染色標記晚期凋亡細胞熒光分布；
[0026]圖9是參照染色陰性細胞的PI染色標記晚期凋亡細胞熒光分布；
[0027]圖10是實施例4產品的光電子能譜儀檢測示意圖。【具體實施方式】
[0028]為了更好地說明本發明，下面結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、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、化學反應層 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反應層14。這層鹽的形成可參考引用文獻，必要時可采用除氧裝置。[〇〇31]將處理過的金屬樣品取出在空氣中干燥，化學反應層14上會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水流沖洗掉。[〇〇32]二膦酸磷化膜18形成后，將上述處理過的金屬樣品在20°C下不斷進行攪拌浸泡 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] 實施例1:
[0034] (1)將人胃粘膜細胞株(GES-1)放置于玻璃樣品上培養60小時，收集細胞，使用細胞凋亡試劑盒染色，在BD-Accuri C6流式細胞儀上檢測AnnexinV-FITC和PI的熒光信號。 AnnexinV-FITC標記早期凋亡細胞，PI標記晚期凋亡細胞。[〇〇35] 實施例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)將人胃粘膜細胞株(GES-1)放置于(5)樣品上培養60小時，收集細胞，使用細胞凋亡試劑盒染色，在BD-Accuri C6流式細胞儀上檢測AnnexinV-FITC和PI的熒光信號。 AnnexinV-FITC標記早期凋亡細胞，PI標記晚期凋亡細胞。[〇〇42] 實施例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)將人胃粘膜細胞株(GES-1)放置于(5)樣品上培養60小時，收集細胞，使用細胞凋亡試劑盒染色，在BD-Accuri C6流式細胞儀上檢測AnnexinV-FITC和PI的熒光信號。 AnnexinV-FITC標記早期凋亡細胞，PI標記晚期凋亡細胞。
[0049] 實施例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)進行檢測。[〇〇55] 圖2-4顯示實施例1-3產品的AnnexinV-FITC的熒光分布。圖5是參照染色陰性細胞對照的AnnexinV-FITC的熒光分布，Annexin陰性標記為105以下。實施例1、實施例2、實施例 3均出現陽性分布，而實施例2早期凋亡細胞比例明顯低于實施例1、實施例3,提示鍍膜后的生物兼容性明顯優于非鍍膜鋼板。實施例2組早期凋亡細胞最少，提示鍍膜后的生物兼容性優異。[〇〇56]圖6-8顯示實施例1-3產品PI染色標記晚期凋亡細胞熒光分布:圖9是參照染色陰性細胞對照的PI染色標記晚期凋亡細胞熒光分布，實施例1、實施例2未測到明顯PI陽性分布，而實施例3有較明現陽性分布，提示鍍膜后的鋼板細胞毒性降低至與玻璃相近。
[0057]圖10是實施例4的光電子能譜，結果表明使用了二膦酸作為化學結合層后，金屬表面涂覆了完整的羥基磷灰石涂層。
[0058]測試結果說明，本發明實施例2在使用了二膦酸作為化學結合層后，可以有效吸附羥基磷灰石陶瓷粉體形成生物兼容性涂層;而不使用本發明的實施例3則無法進行涂覆。而且，這種涂層的生物相容性與玻璃相近且略優于玻璃。
[0059]以上所述，僅為本發明較佳的【具體實施方式】，但本發明的保護范圍并不局限于此， 任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明披露的技術范圍內，可輕易想到的變化或替換， 都應該涵蓋在本發明的保護范圍之內。因此，本發明的保護范圍應該以權利要求書的保護范圍為準。
【主權項】
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 學反應層和二膦酸磷化膜；(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，同時進行攪 拌，取出干燥后表面制得羥基磷灰石涂層。2.根據權利要求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， 時間為1-5分鐘;雙膦酸溶液濃度為0.6-5mol/l。3.根據權利要求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.根據權利要求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.根據權利要求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.根據權利要求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.根據權利要求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，時間為2-5分鐘。8.根據權利要求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。9.根據權利要求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.根據權利要求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、化學反應層、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】C23C22/23GK106086842SQ201610726884
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年8月25日
【發明人】高峰, 李磊, 高齊輝
【申請人】濟南御麟化工科技有限公司