本技術涉及生物醫用金屬材料表面改性,尤其涉及一種羥基化生物醫用金屬材料及其制備方法與應用。
背景技術:
1、用于植入人體的鈷鉻鉬合金是一種惰性材料,不具有生物活性。通過物理、化學、生物等各種技術手段對植入、介入醫療器械進行表面改性,可以大幅度改善它們與人體的生物相容性,滿足臨床使用要求。大分子藥物目前一般是通過物理吸附或者化學鍵接在材料表面來實現,但物理吸附的藥物和基體結合性差,植入人體后很快會喪失藥效,無法滿足臨床使用要求。
技術實現思路
1、針對現有技術存在的不足,本技術提供了一種羥基化生物醫用金屬材料及其制備方法和應用,本技術先采用氫氧化鈉溶液對鈷鉻鉬合金材料表面羥基化處理,再浸涂功能羥基涂層液,獲得納米羥基磷灰石復合硅烷膜,涂層成膜時,在較低的溫度下進行,能夠保持羥基磷灰石的生物活性和與鈷鉻鉬合金材料表面的結合強度,涂層無裂紋。另外,本技術的制備方法簡單,反應條件溫和,成本低,適合大規模生產。
2、第一方面,本技術提供一種羥基化生物醫用金屬材料的制備方法,采用如下技術方案:
3、一種羥基化生物醫用金屬材料的制備方法,包括如下步驟:
4、s1、將鈷鉻鉬合金材料表面依次使用蒸餾水、丙酮、無水乙醇和蒸餾水各超聲清洗20min,冷風吹干,得到干凈的鈷鉻鉬合金材料表面;
5、s2、將干凈的鈷鉻鉬合金材料表面使用氫氧化鈉溶液羥基化處理,處理完畢后使用蒸餾水超聲清洗20-30min,冷風吹干,得到羥基化鈷鉻鉬合金材料表面;
6、s3、將羥基化鈷鉻鉬合金材料表面在功能羥基涂層液中浸泡10-15min,然后勻速提拉出,在130-150℃下,加熱40-50min,得到羥基化生物醫用金屬材料。
7、通過采用上述技術方案,s1步驟中,超聲清洗可以有效去除鈷鉻鉬合金材料表面的雜質和油污,確保表面干凈。這對后續的羥基化處理和涂層有很大的影響,可以提高涂層的附著力和穩定性。s2步驟中,使用氫氧化鈉溶液進行羥基化處理可以在表面形成羥基官能團,增強與后續涂層的結合性,同時使得表面具有更好的生物相容性和生物活性。后續的超聲清洗可以去除處理過程中產生的殘留物,確保表面干凈。s3步驟中,浸涂納米羥基磷灰石復合硅烷膜可以進一步提高生物醫用金屬材料的生物活性和生物相容性。加熱過程可以使得涂層與金屬表面更好地結合,確保涂層的穩定性和持久性。整個制備過程簡單易行,適合工業化生產。
8、優選的,步驟s1中,所述鈷鉻鉬合金材料,按照質量百分比含量包括如下組分:co64%、cr?28%、mo?7%、c?0.32%、mn?0.35%、si?0.33%。
9、優選的,步驟s2中,所述氫氧化鈉溶液質量濃度為160-320g/l,溶液溫度為150-180℃,處理時間為8-12h。
10、通過采用上述技術方案,氫氧化鈉溶液能夠引發表面的羥基化反應,形成羥基官能團。通過調節溶液的濃度和溫度,可以控制反應速率和羥基生成量,使得羥基化處理效果更加均勻和穩定。較高的溶液溫度有利于加快羥基化反應速度,縮短處理時間,提高生產效率。較長的處理時間可以確保表面羥基官能團的形成充分和深入,增強與后續涂層的結合性和穩定性。通過在s2步驟中使用氫氧化鈉溶液進行羥基化處理,并控制好處理條件,可以有效地改善鈷鉻鉬合金材料的表面性質,增強其生物相容性和生物活性,為后續的功能羥基涂層提供更好的基礎。
11、優選的,步驟s3中,所述功能羥基涂層液,按質量份數計,包括以下制備原料:硅烷偶聯劑0.5-0.8份、納米羥基磷灰石5-7份、溶劑100份,其中,所述功能羥基涂層液ph值為5.5-6.5。
12、通過采用上述技術方案,在步驟s3中,所述的功能羥基涂層液是用來浸泡羥基化鈷鉻鉬合金材料表面,以形成一層羥基磷灰石復合硅烷膜的液體。這種羥基涂層液由硅烷偶聯劑、納米羥基磷灰石、溶劑等原料組成,ph值為5.5-6.5。硅烷偶聯劑在涂層液中起到促進涂層化學反應和提高涂層附著力的作用。硅烷偶聯劑可以幫助納米羥基磷灰石顆粒與鈷鉻鉬合金材料表面更好地結合。納米羥基磷灰石是一種生物活性的材料,能夠促進骨細胞生長和骨組織再生。在涂層液中的作用是增加羥基磷灰石的含量,提高涂層對生物體的生物相容性和生物活性。溶劑在涂層液中起著溶解和稀釋其他原料的作用,幫助將硅烷偶聯劑和納米羥基磷灰石均勻分散在溶液中,以便涂布在表面上。因此,功能羥基涂層液的制備原料和ph值選擇可以影響涂層的性能,包括生物活性、附著力和穩定性。在本技術中,采用這樣的涂層方法可以在保持磷灰石的生物活性和與金屬材料表面結合強度的同時,確保涂層的質量和穩定性。整體制備方法簡單且適合規模化生產。
13、優選的,所述功能羥基涂層液的制備方法為:按質量份數計,將硅烷偶聯劑和溶劑混合均勻,再用冰醋酸調節ph為5.5-6.5,然后水解16-24h后,再將納米羥基磷灰石加入,超聲攪拌50-60min,得到功能羥基涂層液。
14、通過采用上述技術方案,功能羥基涂層液的制備步驟包括將硅烷偶聯劑和溶劑混合均勻后調節ph值,然后進行水解一段時間后再加入納米羥基磷灰石進行超聲攪拌,最終得到功能羥基涂層液。在這個制備方法中,不同組分的作用如下:硅烷偶聯劑:起著在羥基磷灰石和金屬表面間建立化學鍵的作用,有助于提高涂層的附著力和穩定性。納米羥基磷灰石:提供了生物活性和生物相容性,有利于生物醫用金屬材料與人體組織的結合和再生。冰醋酸:用于調節涂層液的ph值,維持在適宜的范圍內,有利于反應條件的控制和產品性能的調控。水解:使硅烷偶聯劑與水發生水解反應,生成有機硅化合物,增強硅烷偶聯劑與金屬表面的結合。超聲攪拌:用于均勻混合各組分,確保涂層液中的納米羥基磷灰石均勻分散,提高效果和附著力。通過這一復合涂層的制備方法,可以在羥基化生物醫用金屬材料表面形成具有生物活性和生物相容性的涂層,有助于提高材料的生物醫學應用效果。
15、優選的,所述硅烷偶聯劑由γ-氨丙基三甲氧基硅烷和n-β-(氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷以質量份數比3:1-2組成。
16、通過采用上述技術方案,硅烷偶聯劑在本技術中的作用是將納米羥基磷灰石與鈷鉻鉬合金材料表面進行有效連接,形成穩定的涂層。其中,γ-氨丙基三甲氧基硅烷在涂層中起到與羥基磷灰石相互結合的作用,而n-β-(氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷則有助于與鈷鉻鉬合金材料表面形成牢固結合。這兩種硅烷偶聯劑的使用比例為3:1-2,可以有效協同作用,提升涂層的生物活性及與金屬表面的結合強度。γ-氨丙基三甲氧基硅烷和n-β-(氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷之間的相互作用,使得涂層具有更好的穩定性,能夠更好地抵抗外界的影響,延長生物醫用金屬材料的使用壽命。因此,硅烷偶聯劑在制備羥基化生物醫用金屬材料的過程中具有重要作用,其合理的配比和協同作用有助于提高涂層性能。
17、優選的,所述溶劑由無水乙醇和去離子水以體積比8:1-2組成。
18、優選的,所述納米羥基磷灰石的制備方法為:將3500ml濃度為0.025mol/l的ca(no3)2溶液加入反應器中,用水浴加熱并維持在45℃,在攪拌條件下將175ml濃度為0.3mol/l的h3po4溶液緩慢滴加到ca(no3)2溶液中,加入氨水調節溶液ph至10.0,滴加完畢后,繼續反應40-50min,然后陳化24h;反應完成后將得到的膠體用蒸餾水和無水乙醇交替洗滌3次,抽濾,將濾餅置于在80℃下干燥12h后,再將其置于馬弗爐中經3h升溫至580℃,并在580℃下煅燒10-12h,冷卻,研磨,得到納米羥基磷灰石。
19、通過采用上述技術方案,制備的納米羥基磷灰石粒徑小,分散性好,同時純度高。納米羥基磷灰石是一種生物活性陶瓷材料,具有優異的生物相容性和生物活性。將其用于涂層可以促進細胞附著和骨組織生長,有利于生物醫用材料與周圍組織的結合和修復。納米羥基磷灰石具有較高的熱穩定性和化學穩定性,能夠在高溫下保持其結構完整性,有助于提高涂層的穩定性和耐久性。納米尺寸的羥基磷灰石顆粒有利于提高涂層的表面平整度和光潔度,改善涂層的外觀和質感。納米羥基磷灰石通過在涂層中形成化學鍵,可以增強涂層與金屬基體的結合強度,提高涂層的附著性和穩定性。通過納米羥基磷灰石在涂層中的作用,可以使羥基化生物醫用金屬材料具有更好的生物活性和穩定性,同時也提高了涂層與金屬基體的結合強度,為生物醫用材料的應用和性能提供了良好的支持。
20、第二方面,本技術提供一種羥基化生物醫用金屬材料,采用如下的技術方案:
21、作為一個總的技術構思,本技術還提供上述一種羥基化生物醫用金屬材料的制備方法制備得到的羥基化生物醫用金屬材料。
22、第三方面,本技術提供一種羥基化生物醫用金屬材料的應用,采用如下的技術方案:作為一個總的技術構思,本技術還提供上述一種羥基化生物醫用金屬材料制作為人工關節,應用于植入人工關節領域。
23、綜上所述,本技術包括以下至少一種有益技術效果:
24、1.提高生物活性:使用納米羥基磷灰石復合硅烷膜作為涂層可以增強材料的生物活性,有利于生物醫用金屬材料與體內組織的融合和接受度,促進愈合和修復過程。
25、2.提升附著強度:通過在功能羥基涂層液中添加硅烷偶聯劑,并結合納米羥基磷灰石,能夠有效增強涂層與金屬基材的結合強度,增加涂層的附著性和穩定性。
26、3.優化涂層性:涂層制備過程中較低的溫度和ph值有助于保持納米羥基磷灰石的生物活性,同時避免了涂層出現裂紋,確保了涂層的完整性和質量穩定。
27、4.簡化制備流程:整個制備方法包括清洗、羥基化處理和涂層制備,步驟清晰簡單,反應條件溫和,有利于規模化生產,降低生產成本。
28、5.納米羥基磷灰石質量優異:通過控制制備條件,得到粒徑小、分散性好且高純度的納米羥基磷灰石,提高了材料的質量穩定性和性能表現。