技术摘要：
本发明提供了一种抗菌的含聚己内酯/聚维酮碘表层的载碘钛合金医用部件及其制作方法，本发明通过微弧氧化反应及表面碘修饰的方法将含碘涂层固定至钛合金上，并在此结构之上构建一层高聚合物复合结构，从而获得稳定的抗菌性能；通过此工艺制得的材料具有较为明显的广谱抗 全部
背景技术：
随着医用材料技术的发展，医用内植入物的适用范围及使用量在全球范围内均呈 逐年递增趋势。因此，内植入物引起的相关感染也随之成为目前临床医生难以避免且较为 棘手的问题。现阶段，临床上主要采取全身应用抗生素的方法来治疗此类感染。然而，这种 治疗方法要求长期足量的抗生素应用，这会造成人体正常菌群失调，出现二重感染，严重时 威胁生命。此外，在发生内植入物相关感染时，感染病灶处局部血供通常较差并且细菌常会 形成阻碍药物渗透的生物膜，导致感染灶及附近血药浓度低，难以发挥抗生素的效果。因 此，将内植入物表面进行改性处理，使其本身具备抗感染的特性，不失为一种解决内植入物 相关感染的有效方法。 微弧氧化法是一种新型的表面改性方法。微弧氧化所形成的金属表面涂层为通电 后金属表面立即生成的一层极薄的氧化绝缘层。其反应溶液的电解离子能够参与微弧反应 放电区的物理化学反应，击穿氧化膜并沉积于涂层内。因此，研究者们利用这一现象将钙、 磷元素引入涂层中，已达到改善其生物活性的目的。有文献证明利用微弧氧化技术在钛基 材上制备的二氧化钛涂层不仅存在诱导羟基磷灰石在材料表面生长的特性，而且具有良好 的细胞粘附特性。本发明也应用了含钙含磷的溶液进行微弧氧化，在增加材料表面积增加 碘附着面积的同时，也使基材具备一定的生物活性。 聚己内酯是一种具有良好生物安全性及生物降解性能的高聚合物，其降解产物为 CO2和H2O。文献报道聚己内酯在体内降解的分子片断被吞噬细胞吞噬后，在细胞内降解的产 物可随机体正常代谢排出体外。目前，聚己内酯已被广泛应用于医药及生物领域，如构建可 控释药物载体，细胞、组织培养基架，制作完全可降解塑料手术缝合线、医用造型材料等。 碘及碘类化合物具备强大的抑菌性能。目前已有多种碘及其化合物被用于包括皮 肤及部分粘膜在内的医用消毒领域，具备良好的生物安全性。通过在材料表面修饰碘及其 化合物的方法，便可赋予材料可靠的抑菌性能。 本发明通过在载碘钛合金部件上构建聚己内酯(PCL)/聚维酮碘(PVP-I)的共聚物 表层，达到既保留PCL原本的高生物安全性，又赋予材料早期的抑菌性能，同时还解决了单 纯在钛合金表面载碘出现的碘难以稳定持续存在的问题。此外，当表层的PCL/PVP-I共聚层 不断降解，其下的碘修饰层的碘被缓慢释放，进而达到了延长抑菌有效时间的效果。同时随 着微弧氧化层暴露比例逐渐增大，材料表面也将呈现出一定的成骨活性。
技术实现要素：
本发明的目的是针对钛合金医用材料在外科矫形领域使用时引起的植入物感染 3 CN 111588904 A 说 明 书 2/4 页 问题，提供具备抑菌性质的含聚己内酯/聚维酮碘表层的载碘钛合金医用部件及其制作方 法。 本发明运用PCL/PVP-I及碘化钾溶液对微弧氧化钛合金表面进行改性处理，主要 包括构建多孔载碘层、碘表面修饰以及表面构建聚己内酯/聚维酮碘表层三个步骤。 本发明的技术方案如下： 一种载碘钛合金医用部件，自内而外依次为钛合金基材、多孔碘修饰层、聚己内 酯/聚维酮碘表层； 所述载碘钛合金医用部件的制备方法为： (1)将经过表面预处理的钛合金基材浸入电解池溶液中进行电化学处理，形成表 面多孔薄膜结构； 具体的，所述表面预处理方法为：对材料进行抛光、喷砂、除杂，所述除杂包括：先 依次用丙酮(≥99.5％)、乙二醇(≥99.5％)、超纯水洗涤，再用酸洗，最后超声清洗；所述酸 洗采用HF、HNO3、H3PO4的混合酸液，酸洗时间为5-25min；所述超声清洗为：将材料置于超纯 水中清洗，5min/次，循环3次； 所述电化学处理为阳极氧化或微弧氧化；电解池溶液组成为：乙酸钙1-20g/L、磷 酸二氢钙1-20g/L、乙二胺四乙酸二钠盐10-20g/L、甘油磷酸钙1-20g/L，溶剂为去离子水； 电化学反应过程中，将钛合金基材置于钛合金挂钩或网篮上作为阳极，将纯钛板作为阴极， 阴阳两极间距在10-30cm，反应期间控制电压200-700V，频率100-500HZ，占空比10％-30％， 温度20-40℃，反应时间为2-15min； 所得多孔薄膜的厚度在5-20μm； (2)利用电化学方法对步骤(1)所得表面具有多孔薄膜结构的钛合金材料进行表 面碘修饰，操作条件为：以碘化钾水溶液为电解液，在常温(20～30℃)、恒压15-60V的避光 条件下，材料置于钛合金挂钩或网篮上作为阳极，纯钛板作为阴极，阴阳极间距为10-20cm， 反应时间为10-70min； 所述碘化钾水溶液的浓度为0.01-0.05mol/L； (3)将经过步骤(2)碘修饰的钛合金材料浸入聚己内酯/聚维酮碘浸涂液中，反应 5-20s，挥干后得到含聚己内酯/聚维酮碘表层的载碘钛合金医用部件； 材料浸入浸涂液中反应的操作可重复2-3次； 所述聚己内酯/聚维酮碘浸涂液中，聚己内酯(分子量5-8万)浓度为0.5-15g/dL， 聚维酮碘浓度为0.5-2g/dL，溶剂为二氯甲烷； 所述挥干的操作方法为：将浸涂后的材料置于真空排气装置中10-18h，以排尽残 余二氯甲烷。 本发明制备的含聚己内酯/聚维酮碘表层的载碘钛合金医用部件表面含碘量在 0.5-2wt％，本发明产品的应用包括但不限于骨科的内外固定及植入物范围。本发明钛合金 医用部件对外科手术常见的感染菌种如金黄色葡萄球菌、大肠杆菌等具有明显的抑菌作 用，其有效抑菌成分为碘及碘类化合物，包括碘单质及聚维酮碘，并且钛合金表面引入有良 好生物安全性及生物可降解性的聚己内酯，与聚维酮碘形成共聚物。 本发明优点在于： 本发明是利用具有良好生物安全性的碘及碘类化合物具备强大的抑菌性能，通过 4 CN 111588904 A 说 明 书 3/4 页 在载碘钛合金部件上构建聚己内酯/聚维酮碘的共聚物表层，达到既保留聚己内酯原本的 高生物安全性，又赋予材料早期的抑菌性能，同时还解决了单纯在钛合金表面载碘出现的 碘难以稳定持续存在的问题。 此外，当表层的PCL/PVP-I共聚层不断降解，其下的碘修饰层的碘被缓慢释放，进 而达到了延长抑菌有效时间的效果。同时，随着微弧氧化层暴露比例逐渐增大，材料表面也 将呈现出一定的成骨活性。 本发明制备工艺简单，反应条件适宜，具有高效、低成本、重复性佳的优势，获得的 钛合金医用部件在抑菌方面的效果十分显著。 附图说明 图1：本发明制备的材料主要结构示意图，a为PCL/PVP-I结构层，b为碘修饰区域，c 为多孔状的微弧氧化层，d为钛合金层。 图2：含聚己内酯/聚维酮碘表层的载碘钛合金材料表面EDS分析结果。 图3：微弧氧化及PCL/PVP-I浸涂干燥后的材料表面电镜检测图(放大倍数为5000 倍)，a为微弧氧化层表面结构电镜观测图，b为PCL/PVP-I共聚表层电镜观测图。 图4：材料表面细菌培养后洗脱液检测结果：a为对照组，普通钛合金材料；b为实验 组，含聚己内酯/聚维酮碘表层的载碘钛合金材料。 图5：将三种材料置于光照环境中1天与3天后，再行表面抑菌效果检测：对照组为 普通钛合金样片；A组为直接阳极氧化载碘处理的样片；B组为按照实施例1制备获得的PCL/ PVP-I表层修饰样片。
本发明提供了一种抗菌的含聚己内酯/聚维酮碘表层的载碘钛合金医用部件及其制作方法，本发明通过微弧氧化反应及表面碘修饰的方法将含碘涂层固定至钛合金上，并在此结构之上构建一层高聚合物复合结构，从而获得稳定的抗菌性能；通过此工艺制得的材料具有较为明显的广谱抗 全部
背景技术：
随着医用材料技术的发展，医用内植入物的适用范围及使用量在全球范围内均呈 逐年递增趋势。因此，内植入物引起的相关感染也随之成为目前临床医生难以避免且较为 棘手的问题。现阶段，临床上主要采取全身应用抗生素的方法来治疗此类感染。然而，这种 治疗方法要求长期足量的抗生素应用，这会造成人体正常菌群失调，出现二重感染，严重时 威胁生命。此外，在发生内植入物相关感染时，感染病灶处局部血供通常较差并且细菌常会 形成阻碍药物渗透的生物膜，导致感染灶及附近血药浓度低，难以发挥抗生素的效果。因 此，将内植入物表面进行改性处理，使其本身具备抗感染的特性，不失为一种解决内植入物 相关感染的有效方法。 微弧氧化法是一种新型的表面改性方法。微弧氧化所形成的金属表面涂层为通电 后金属表面立即生成的一层极薄的氧化绝缘层。其反应溶液的电解离子能够参与微弧反应 放电区的物理化学反应，击穿氧化膜并沉积于涂层内。因此，研究者们利用这一现象将钙、 磷元素引入涂层中，已达到改善其生物活性的目的。有文献证明利用微弧氧化技术在钛基 材上制备的二氧化钛涂层不仅存在诱导羟基磷灰石在材料表面生长的特性，而且具有良好 的细胞粘附特性。本发明也应用了含钙含磷的溶液进行微弧氧化，在增加材料表面积增加 碘附着面积的同时，也使基材具备一定的生物活性。 聚己内酯是一种具有良好生物安全性及生物降解性能的高聚合物，其降解产物为 CO2和H2O。文献报道聚己内酯在体内降解的分子片断被吞噬细胞吞噬后，在细胞内降解的产 物可随机体正常代谢排出体外。目前，聚己内酯已被广泛应用于医药及生物领域，如构建可 控释药物载体，细胞、组织培养基架，制作完全可降解塑料手术缝合线、医用造型材料等。 碘及碘类化合物具备强大的抑菌性能。目前已有多种碘及其化合物被用于包括皮 肤及部分粘膜在内的医用消毒领域，具备良好的生物安全性。通过在材料表面修饰碘及其 化合物的方法，便可赋予材料可靠的抑菌性能。 本发明通过在载碘钛合金部件上构建聚己内酯(PCL)/聚维酮碘(PVP-I)的共聚物 表层，达到既保留PCL原本的高生物安全性，又赋予材料早期的抑菌性能，同时还解决了单 纯在钛合金表面载碘出现的碘难以稳定持续存在的问题。此外，当表层的PCL/PVP-I共聚层 不断降解，其下的碘修饰层的碘被缓慢释放，进而达到了延长抑菌有效时间的效果。同时随 着微弧氧化层暴露比例逐渐增大，材料表面也将呈现出一定的成骨活性。
技术实现要素：
本发明的目的是针对钛合金医用材料在外科矫形领域使用时引起的植入物感染 3 CN 111588904 A 说 明 书 2/4 页 问题，提供具备抑菌性质的含聚己内酯/聚维酮碘表层的载碘钛合金医用部件及其制作方 法。 本发明运用PCL/PVP-I及碘化钾溶液对微弧氧化钛合金表面进行改性处理，主要 包括构建多孔载碘层、碘表面修饰以及表面构建聚己内酯/聚维酮碘表层三个步骤。 本发明的技术方案如下： 一种载碘钛合金医用部件，自内而外依次为钛合金基材、多孔碘修饰层、聚己内 酯/聚维酮碘表层； 所述载碘钛合金医用部件的制备方法为： (1)将经过表面预处理的钛合金基材浸入电解池溶液中进行电化学处理，形成表 面多孔薄膜结构； 具体的，所述表面预处理方法为：对材料进行抛光、喷砂、除杂，所述除杂包括：先 依次用丙酮(≥99.5％)、乙二醇(≥99.5％)、超纯水洗涤，再用酸洗，最后超声清洗；所述酸 洗采用HF、HNO3、H3PO4的混合酸液，酸洗时间为5-25min；所述超声清洗为：将材料置于超纯 水中清洗，5min/次，循环3次； 所述电化学处理为阳极氧化或微弧氧化；电解池溶液组成为：乙酸钙1-20g/L、磷 酸二氢钙1-20g/L、乙二胺四乙酸二钠盐10-20g/L、甘油磷酸钙1-20g/L，溶剂为去离子水； 电化学反应过程中，将钛合金基材置于钛合金挂钩或网篮上作为阳极，将纯钛板作为阴极， 阴阳两极间距在10-30cm，反应期间控制电压200-700V，频率100-500HZ，占空比10％-30％， 温度20-40℃，反应时间为2-15min； 所得多孔薄膜的厚度在5-20μm； (2)利用电化学方法对步骤(1)所得表面具有多孔薄膜结构的钛合金材料进行表 面碘修饰，操作条件为：以碘化钾水溶液为电解液，在常温(20～30℃)、恒压15-60V的避光 条件下，材料置于钛合金挂钩或网篮上作为阳极，纯钛板作为阴极，阴阳极间距为10-20cm， 反应时间为10-70min； 所述碘化钾水溶液的浓度为0.01-0.05mol/L； (3)将经过步骤(2)碘修饰的钛合金材料浸入聚己内酯/聚维酮碘浸涂液中，反应 5-20s，挥干后得到含聚己内酯/聚维酮碘表层的载碘钛合金医用部件； 材料浸入浸涂液中反应的操作可重复2-3次； 所述聚己内酯/聚维酮碘浸涂液中，聚己内酯(分子量5-8万)浓度为0.5-15g/dL， 聚维酮碘浓度为0.5-2g/dL，溶剂为二氯甲烷； 所述挥干的操作方法为：将浸涂后的材料置于真空排气装置中10-18h，以排尽残 余二氯甲烷。 本发明制备的含聚己内酯/聚维酮碘表层的载碘钛合金医用部件表面含碘量在 0.5-2wt％，本发明产品的应用包括但不限于骨科的内外固定及植入物范围。本发明钛合金 医用部件对外科手术常见的感染菌种如金黄色葡萄球菌、大肠杆菌等具有明显的抑菌作 用，其有效抑菌成分为碘及碘类化合物，包括碘单质及聚维酮碘，并且钛合金表面引入有良 好生物安全性及生物可降解性的聚己内酯，与聚维酮碘形成共聚物。 本发明优点在于： 本发明是利用具有良好生物安全性的碘及碘类化合物具备强大的抑菌性能，通过 4 CN 111588904 A 说 明 书 3/4 页 在载碘钛合金部件上构建聚己内酯/聚维酮碘的共聚物表层，达到既保留聚己内酯原本的 高生物安全性，又赋予材料早期的抑菌性能，同时还解决了单纯在钛合金表面载碘出现的 碘难以稳定持续存在的问题。 此外，当表层的PCL/PVP-I共聚层不断降解，其下的碘修饰层的碘被缓慢释放，进 而达到了延长抑菌有效时间的效果。同时，随着微弧氧化层暴露比例逐渐增大，材料表面也 将呈现出一定的成骨活性。 本发明制备工艺简单，反应条件适宜，具有高效、低成本、重复性佳的优势，获得的 钛合金医用部件在抑菌方面的效果十分显著。 附图说明 图1：本发明制备的材料主要结构示意图，a为PCL/PVP-I结构层，b为碘修饰区域，c 为多孔状的微弧氧化层，d为钛合金层。 图2：含聚己内酯/聚维酮碘表层的载碘钛合金材料表面EDS分析结果。 图3：微弧氧化及PCL/PVP-I浸涂干燥后的材料表面电镜检测图(放大倍数为5000 倍)，a为微弧氧化层表面结构电镜观测图，b为PCL/PVP-I共聚表层电镜观测图。 图4：材料表面细菌培养后洗脱液检测结果：a为对照组，普通钛合金材料；b为实验 组，含聚己内酯/聚维酮碘表层的载碘钛合金材料。 图5：将三种材料置于光照环境中1天与3天后，再行表面抑菌效果检测：对照组为 普通钛合金样片；A组为直接阳极氧化载碘处理的样片；B组为按照实施例1制备获得的PCL/ PVP-I表层修饰样片。
