具有多孔磷酸鈣-殼聚糖複合塗層的生物醫用材料的製作方法

2023-05-10 22:51:36

專利名稱：：具有多孔磷酸鈣-殼聚糖複合塗層的生物醫用材料的製作方法
技術領域：
：本發明涉及一種兼具良好抑菌、止血和成骨活性的多孔磷酸鈣-殼聚糖複合塗層的製備方法，屬於生物醫用材料製備
技術領域：
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背景技術：
：生物醫用材料是用於對生物體進行修復或替換其病損組織、器官或增進其功能的新型高技術材料，一般指對牙和骨骼進行修復和替換的生物醫用材料植入體。現有牙種植體、人工關節等承載部位用植入器械採用有良好力學性能的鈦合金作為基體，然後對其進行表面改性，沉積磷酸鈣塗層以提高其生物活性。隨著步入老齡社會和人類對健康要求的提高，對硬組織修復與替換用生物活性塗層材料提出了更高要求。除了需要進一步提高塗層生物活性和成骨能力之外，還應賦予植入器械與臨床使用密切相關的多種功能，是現階段生物活性塗層重要研究方向。其中植入器械表面的抑菌性能和止血功能是兩個與臨床應用密切相關的重要性能。骨科手術中，注射抗生素已成為預防感染的固定措施，儘管這樣，手術感染仍是手術失敗的一個重要因素。C即a皿a報導，在骨科植入器械中，因感染造成的手術失敗率為5%左右，在翻修手術中為6%，而在對感染有關的翻修手術更高達47%。R.C即a皿a，H.G.Morris,D.Campanacci，M.DelBen，andM.Campanacci，"ModularUncementedProstheticReconstructionafterResectionofTumoursoftheDistalFemur，，，J.BoneJointSurg.Br.，1994，76B，p178-186.。實際上，感染問題在近年來不僅沒有得到解決，還有逐漸上升的趨勢。細菌如同細胞一樣，容易在植入體表面粘附，由於植入手術實施時非絕對無菌條件，植入器械需暴露於有菌環境中，因此更容易受到病菌侵襲，引發種植體周圍炎症甚至直接導致手術失敗。因此，表面具有抑菌功能的生物活性塗層將有效降低植入體周圍的感染，提高手術的成功率和植入器械的安全性。塗層表面的止血功能是抑菌性能外的另一個與臨床應用相關的重要性能。一個關節置換手術的病人總失血量可能遠超過1000毫升，其中隱性失血量佔據相當比例。對於植入人工關節、牙種植體等硬組織修復、替代材料，減少骨創面滲血將提高手術的安全性，對病人的早期康復有重要的促進作用，所以兼具抑菌與止血功能的生物活性塗層在臨床使用上具有重要的意義。殼聚糖是一類具有良好的抑菌功能的天然多糖高分子材料，殼聚糖還包括一系列的衍生物，同時經改性後可形成水溶性殼聚糖，具有易被人體吸收，抗腫瘤、調血脂和能提高人體免疫等功能。殼聚糖具有良好的生物安全性和抑菌功能，作為抑菌材料的使用受到了廣泛重視LiuX.F.，GuanY.L.，YangD.Z.，LiZ.，YaoKD.'"Antibacterialactionofchitosanandcarboxymethylatedchitosan，，，J.Appl.Polym.Sci.2001，79(7)，1324-1335.，殼聚糖還具有良好的止血功能MiFL，ShyuSS，WuYB，LeeST，ShyongJY，HuangRN，"Fabricationandcharacterizationofasponge-likeasymmetricchitosanmembraneasawounddressing",Biomaterials2001;22:165-73.。殼聚糖材茅鬥本身也具有良好的生物相容性，被廣泛用於組織工程支架材料AlbertoDiMartinoa，MichaelSittingerc，MakarandV.Risbud，"Chitosan:Aversatilebiopolymerfororthopaedictissue-engineering",Biomaterials26(2005)5983-5990.禾口藥物控釋系統KhorE，LimLY，"Implantableapplicationsofchitinandchitosan，，，Biomaterials2003;24:2339-49。現有研究多集中在殼聚糖和磷酸鈣、其它高分子的複合材料。如殼聚糖與磷酸鈣複合中，首先按照需要的鈣磷比將一定量的鈣源、磷源、鈦源和鈉源混合反應，形成所需要的磷酸鈣玻璃相，然後再混入P-TCP粉末和溶解在一定量乙酸中的殼聚糖，經過一定溫度下的攪拌來使混合物溶解和消除其中的氣泡，混合物經過迅速冷凍，來使混合物固定和形成分離的固相，最後是固相的混合物在低溫下保存一段時間再經過冷凍乾燥移去溶劑。ZhangY，ZhangM，"Synthesisandcharacterizationofmacroporouschitosan/calciumphosphatecompositescaffoldsfortissueengineering",JBiomedMaterRes2001;55:304-12.與高分子材料的複合方式主要是將羥基磷灰石粉末，殼聚糖粉末和PMMA粉末複合，形成骨水泥。KimSB，KimYJ，YoonTL，ParkSA，ChoIH，KimEJ，KimIA，ShinJW，"Thecharacteristicsofahydroxy即atite-chitosan-PMMAbonecement，，，Biomaterials2004;25:5715-23.殼聚糖雖是一種很好的具有抑菌、止血功能的材料。但其作為植入材料尚有不足之處。一個問題是現有殼聚糖複合材料，其製備過程往往較為繁複，而且力學性能較差，往往僅能用在非承載部位，對其降解速率也很難控制。難以同時滿足植入器械對生物學性能、力學性能、和降解速率等性能的綜合要求，離臨床使用尚有一段距離。現有殼聚糖複合材料多通過體內降解的方式在預期植入部位釋放、消失，其降解時間較長。而且殼聚糖作為抑菌材料在一定程度上具有細胞毒性，過長的降解時間不但難以控制，也將直接影響植入器械的成骨活性和骨長入能力，與致力於提高植入體的表面生物活性、與骨的早期癒合及界面結合的發展趨勢相對立。實際上，在臨床應用中，最嚴重的炎症反應和感染危險期多在手術後一到三天，而對止血的要求作用時間更短，多在手術後的幾個小時，所以植入器械的手術部位的局部早期止血(手術後6小時內)、抑菌功能(手術後23天內)更為關鍵，並不需要降解時間過長的材料。所以具有早期抑菌、止血功能的醫療植入器械才是滿足臨床實際需要的發展方向。解決這些問題的一個思路是在其塗層表面直接複合水溶性殼聚糖表面層，這樣既可起到很好的手術後早期抗菌、止血的功能，又由於殼聚糖將在相對較短時間內通過塗層表面的釋放、溶解，被體液吸收的過程到體內其它部位，對植入體表面生物活性、成骨性能的潛在不利影響最小化，另外由於使用生物醫用材料作為基底，即在植入器械表面直接複合多孔磷酸鈣-殼聚糖生物活性塗層，這樣作為植入材料具有很好的力學性能，可以應用在承載部位。同時滿足植入器械對生物學性能、力學性能、和降解速率等性能的綜合要求，具有很大的臨床運用前景。此方法的關鍵是如何有效地將殼聚糖複合在生物活性塗層表面。現有植入生物工程器械材料表面的生物活性塗層多為緻密結構，不能有效地將殼聚糖複合在生物活性塗層表面。
發明內容本發明要解決的技術問題是現有的生物醫用材料表面難以有效複合殼聚糖的。本發明解決上述技術問題的技術方案是提供一種新的生物醫用材料。該生物醫用材料包括有基底材料，在基底材料的外表面上複合有多孔磷酸鈣塗層，多孔磷酸鈣塗層上還複合有殼聚糖層。其中，上述多孔磷酸鈣塗層為磷酸鈣材料通過液相等離子噴塗法複合在基底材料上形成的。其中，上述磷酸f丐材料為羥基磷灰石或磷酸三牽丐。進一步的，上述殼聚糖內還含有消炎藥物、止血藥物或抑菌藥物中的至少一種。其中，上述的基底材料為生物醫用金屬材料、生物醫用陶瓷材料、含金屬的生物醫用複合材料或含陶瓷的生物醫用複合材料中的至少一種。其中，上述生物醫用金屬材料為生物醫用鈦合金材料、生物醫用不鏽鋼材料、生物醫用鈷基合金材料中的至少一種。進一步的，所述生物醫用陶瓷材料為氧化鋁陶瓷或氧化鋯陶瓷。本發明還提供了一種製備上述生物醫用材料的方法。該方法包括以下步驟a、配製磷酸鈣懸浮液；b、將步驟a得到的磷酸鈣懸浮液注入到等離子火焰中心的高溫區域，噴塗至基底材料的表面，生成具有多孔的磷酸鈣塗層的生物醫用材料；c、將步驟b得到的具有的多孔磷酸鈣塗層的生物醫用材料浸入10g/L100g/L殼聚糖水溶液中1836小時或將殼聚糖溶液滴加在多孔磷酸f丐塗層表面；然後將材料在無菌條件下風乾，即得。其中，上述方法步驟a所述的磷酸鈣懸浮液的製備方法為邊攪拌邊將摩爾濃度為1.23.6mol/L的磷酸氫二銨水溶液滴加到摩爾濃度為13mol/L的硝酸f丐水溶液中，保持反應液30°C90°C，以氨水控制其pH保持在912，反應後靜置515分鐘，再陳化2448小時。其中，上述方法中步驟b所述的將磷酸鈣懸浮液注入到等離子火焰中心的高溫區域是採用霧化噴嘴進行；等離子噴塗功率為2070千瓦，噴塗距離為80180mm。本發明還提供了使用上述的方法製備的生物醫用材料。常規生物活性塗層多為緻密結構，不能有效地將殼聚糖複合在生物活性塗層表面。為解決這一難題，本發明採用液相等離子體噴塗技術製備具有多孔結構的塗層，其優點為塗層孔隙結構在較大範圍可調(從接近完全緻密50%孔隙度)，可根據實際臨床需要對殼聚糖的釋放速率進行調控。本發明產品可使用以下路線進行製備a、製備具有多孔結構的磷酸鈣塗層的生物醫用材料；b、在具有多孔結構的磷酸鈣塗層的生物醫用材料上構建多孔磷酸鈣-殼聚糖複合塗層。其中a中所述的磷酸鈣塗層為以羥基磷灰石為主的各種磷酸鈣塗層，主要包括羥基磷灰石、磷酸三鈣等。其中上述步驟a中多孔磷酸鈣塗層的製備採用液相等離子噴塗，利用現有的技術製備磷酸鈣液相先驅液，比如通過磷酸氫二銨水溶液滴加到硝酸鈣水溶液中，加入氨水控制pH值為912行進反應，靜置，陳化得到。利用磷酸鈣先驅液作為噴塗原料，通過霧化噴嘴將液體先驅液原料直接注入等離子火焰高溫區域，在極短時間(小於l微秒)完成與火焰的熱交換過程，隨後經過原料中液滴的破碎、細化、蒸發、燒結、熔融，最後直接噴射在生物醫用基底上形成塗層。其中上述作為多孔磷酸鈣塗層基底的材料需要能耐受等離子噴塗的高溫。如，生物醫用金屬材料和生物醫用陶瓷材料。作為基底的生物醫用金屬材料包括生物醫用鈦，或生物醫用不鏽鋼，或生物醫用鈷基合金，或其他生物醫用金屬材料，或含金屬的生物醫用複合材料。作為基底的生物醫用陶瓷材料包括氧化鋁陶瓷，或氧化鋯陶瓷，或其他生物醫用陶瓷材料，或含陶瓷的生物醫用複合材料。其中上述b中採用的殼聚糖可以是本領域常用的材料，但必須溶於水，可以是不同分子量，脫乙醯度，ph值的殼聚糖。其中上述b中是通過調節殼聚糖的濃度，ph值等方面來得到優化設計的水溶性殼聚糖材料參數，在兼具良好成骨活性的同時最大限度提高塗層的抑菌性能。其中上述b中多孔磷酸鈣-殼聚糖塗層的構建採用在塗層表面直接複合水溶性殼聚糖表面層的方法，包括浸泡法，滴加法等方法。本發明製備方法的步驟具體可為以下幾步進行A多孔磷酸鈣塗層的製備按羥基磷灰石、磷酸三鈣等的鈣磷摩爾比，在不斷攪拌下將摩爾濃度為1.2-3.6mol/L的磷酸氫二銨水溶液滴加到摩爾濃度為l-3mol/L的硝酸鈣水溶液中，保持反應液3090°C，以質量百分比濃度10%-30%的氨水控制其pH保持在912，反應後靜置515分鐘，再陳化2448小時。通過小角度霧化噴嘴將磷酸鈣先驅液進行霧化，小角度霧化噴嘴的霧滴發散角度為1025度，直接將先驅液注入等離子火焰中心的高溫區域，噴塗液與等離子噴槍噴射的高溫等離子火焰發生熱交換，隨後經過液滴的破碎和細化，溶劑的蒸發，造孔劑的分解和氣化，噴塗原料的熔融，直接在作為基底的生物醫用材料表面沉積生成多孔磷酸鈣塗層。其中等離子噴塗功率為2070千瓦，所述作為基底的生物醫用材料與等離子噴嘴距離為818釐米。其中作為基底的生物醫用金屬材料包括生物醫用鈦，或生物醫用不鏽鋼，或生物醫用鈷基合金，或其他生物醫用金屬材料，或含金屬的生物醫用複合材料。作為基底的生物醫用陶瓷材料包括氧化鋁陶瓷，或氧化鋯陶瓷，或其他生物醫用陶瓷材料，或含陶瓷的生物醫用複合材料。塗層空隙結構在較大範圍可調(從接近完全緻密50%孔隙度)。B優化設計的水溶性殼聚糖材料的配製殼聚糖不同分子量，脫乙醯度，濃度，ph值等因素對塗層抑菌性能都有一定的影響。通過調節殼聚糖的濃度，ph值，濃度範圍10g/L100g/L，ph值58，進行優化設計，最大限度提高塗層抑菌性能。在濃度範圍10g/L100g/L內，當殼聚糖濃度增大到20g/L時，塗層顯示出明顯的抑菌效果，並隨溶度的增大，抑菌效果越好。總之，可根據具體臨床應用需要，對殼聚糖材料的抑菌性能和細胞毒性進行優化設計。為進一步提高材料的抑菌性能，可在殼聚糖中裝載抗生素等藥物。通過藥物在創部局部釋放，可更有效的提高複合塗層的抑菌性能，對防止病人術後感染、提高手術成功率有重要作用。C多孔磷酸鈣_殼聚糖塗層的構建殼聚糖是一種具有良好抑菌功能的天然多糖高分子材料，常規狀態下不溶於水，經過改性使其成為水溶性殼聚糖。採用浸泡法，滴加法等在多孔結構磷酸鈣塗層表面塗覆水溶性殼聚糖。將水溶性殼聚糖溶解於超純水，配置成10g/L100g/L不同濃度的殼聚糖溶液。再將塗層在無菌條件下浸沒於殼聚糖水溶液中18-36小時，或將殼聚糖溶液滴加在塗層表面，之後在超淨臺內風乾816小時。表面多孔結構的納米塗層比現今臨床用商業化產品有更好的成骨細胞增殖，分化能力，並可裝載骨生長因子以進一步促進骨生長，增強材料的組織修復能力。本發明創造性地在這種多孔塗層上面直接複合水溶性殼聚糖表面層，則可賦予植入器械早期止血，抑菌兩種功效，可大幅度提高現有植入器械的安全性和成功率，更高效地為病人服務。殼聚糖在手術後早期相對黏稠，有助於手術後最早期的止血，隨後其將較快釋放、溶解最後被體液吸收，即能起到一定程度的早期抑菌作用，也不會影響隨後的成骨進程。本發明的針對手術後對植入器械早期抑菌及止血功能的臨床實際需要，利用具有多孔結構的磷酸鈣塗層有效直接複合殼聚糖塗層。這樣既可賦予植入材料止血、抑菌兩大額外功效，可大幅度提高現有植入器械的安全性和成功率，更高效地為病人服務。又由於殼聚糖的釋放、溶解，被體液吸收相對較快，對植入體表面生物活性、成骨性能的潛在不利影響最小化。從而構建滿足臨床需要，具有良好的早期抑菌(23天內)，止血(6小時內)功能的多孔磷酸鈣_殼聚糖塗層生物醫用材料。本發明與現有技術相比具有以下有益技術效果1、現有研究多集中在殼聚糖和磷酸鈣或其他高分子的複合材料，而這些複合材料的強度較低，往往僅能用在非承載部位，其製備過程往往較為繁複，對其降解速率也很難控制。本發現製備過程通過在醫用植入器械的生物活性塗層表面直接複合水溶性殼聚糖，方法簡單，可直接用於承載植入部位。2、常規生物活性塗層多為緻密結構，不能有效地將殼聚糖裝載在生物活性塗層表面。針對手術後早期抑菌及止血功能的臨床實際需要，利用液相等離子噴塗新技術製備多孔生物活性塗層，並複合水溶性殼聚糖，賦予植入體在術後早期的抑菌及止血功能。而且塗層孔隙率結構在較大範圍可調(從接近完全緻密到50%孔隙度)，可對殼聚糖的釋放速率進行調控。3、現有殼聚糖複合材料主要通過體內降解的方式在預期植入部位消失，其降解時間較長，也很難控制。由於殼聚糖作為一種抑菌材料在一定程度上具有細胞毒性，過長的降解時間，不但難以控制，也將直接影響植入器械表面的成骨活性和骨長入能力。本發明方法針對臨床實際需要，將殼聚糖直接複合到塗層上，既能起到很好的手術後早期抗菌，止血功能，有助於提高植入手術的安全性和加快病人康復，同時複合在多孔磷酸鈣塗層上的殼聚糖相對釋放、溶解和被體液吸收較快，做到了對植入體表面生物活性、成骨性能的潛在不利影響最小化。4、殼聚糖材料本身也具有良好的生物相容性，採用兼具良好成骨活性和抑菌性能的殼聚糖材料參數，有助於同時優化材料的成骨活性和抑菌性能。在殼聚糖裡還可以裝載抗生素、消炎藥物、止血藥物等藥物，起到創部局部釋放，可更有效的提高複合塗層的抑菌性能，對防止病人術後感染、提高手術成功率有重要作用。圖1、多孔磷酸鈣-殼聚糖複合塗層示意圖，1為生物醫學工程基底材料，2為液相等離子噴塗的多孔磷酸鈣塗層，3為水溶性殼聚糖層。圖2、粉末等離子噴塗羥基磷灰石塗層(現臨床用商業化產品)掃描電鏡照片。圖3、液相等離子噴塗製備的具有多孔結構羥基磷灰石塗層掃描電鏡照片。圖4、多孔磷酸鈣一殼聚糖複合塗層(LPPS)與緻密磷酸鈣-殼聚糖複合塗層(APS)的早期(6h，12h，24h)抑菌性能比較利用MTT法對金黃色葡萄球菌的增殖情況檢測結果表明具有多孔結構的磷酸鈣_殼聚糖複合塗層具有遠為優異的抑菌性能。圖5、具有不同殼聚糖濃度的多孔磷酸鈣-殼聚糖複合塗層的抑菌性能比較利用MTT法在6h，12h，24h測得金黃色葡萄球菌的增殖速率(0D值)。圖6、MTT法對MG63細胞在具有不同濃度殼聚糖的多孔磷酸鈣_殼聚糖複合塗層表面的增殖情況(2d，4d，6d)的檢測。圖7、不同濃度殼聚糖的多孔磷酸鈣一殼聚糖複合塗層在PBS中的釋放行為。具體實施例方式本發明的具體實施方案本發明提供一種磷酸鈣多孔塗層表面直接複合水溶性殼聚糖表面層的製備方法，該方法是以等離子噴塗為基礎，製備出多孔磷酸鈣塗層，直接在多孔塗層表面上複合水溶性殼聚糖表面層。具體操作步驟為A多孔磷酸鈣塗層的製備按羥基磷灰石、磷酸三鈣等的鈣磷摩爾比，在不斷攪拌下將摩爾濃度為1.2-3.6mol/L的磷酸氫二銨水溶液滴加到摩爾濃度為13mol/L的硝酸鈣水溶液中，保持反應液30-90°C，以質量百分比濃度10%30X的氨水控制其pH保持在9_12，反應後靜置5-15分鐘，再陳化24-48小時，為了獲得多孔結構，可以通過加入造孔劑，如去離子水，碳酸氫銨。通過小角度霧化噴嘴將羥基磷灰石先驅液進行霧化，小角度霧化噴嘴的霧滴發散角度為10-25度，直接將先驅液霧化注入等離子火焰中心的高溫區域，噴塗液與等離子噴槍噴射的高溫等離子火焰發生熱交換，隨後經過液滴的破碎和細化，溶劑的蒸發，造孔劑的分解和氣化，噴塗原料的熔融，直接在作為基底的生物醫用材料表面沉積生成多孔磷酸鈣塗層。所述的等離子噴塗功率為2070千瓦，所述作為基底的生物醫用材料與等離子噴嘴距離為818釐米。其中作為基底的生物醫用金屬材料包括生物醫用鈦，或生物醫用不鏽鋼，或生物醫用鈷基合金，或其他生物醫用金屬材料，或含金屬的生物醫用複合材料。作為基底的生物醫用陶瓷材料包括氧化鋁陶瓷，或氧化鋯陶瓷，或其他生物醫用陶瓷材料，或含陶瓷的生物醫用複合材料。塗層空隙結構在較大範圍可調(從接近完全緻密到50%孔隙度)。B水溶性殼聚糖材料的設計殼聚糖不同分子量，脫乙醯度，濃度，ph值等因素對塗層抑菌性能都有一定的影響。通過調節殼聚糖的濃度，ph值進行優化設計。一般濃度範圍10g/L100g/L，ph值58，最大限度提高塗層抑菌性能。在濃度範圍10g/L100g/L內，當殼聚糖濃度增大到20g/L時，塗層顯示出明顯的抑菌效果，並隨溶度的增大，抑菌效果越好。C多孔磷酸鈣_殼聚糖塗層的構建在塗層表面直接複合水溶性殼聚糖表面層，採用浸泡法，滴加法在多孔結構羥基磷灰石塗層表面塗覆殼聚糖。將水溶性殼聚糖溶解於超純水，配置成10g/L-100g/L不同濃度的殼聚糖溶液。再將塗層在無菌條件下浸沒於殼聚糖水溶液中18-36小時，之後在超淨臺內風乾8-16小時。形成多孔磷酸鈣-殼聚糖複合塗層。以下通過具體實施例的方式對本發明做進一步詳述，但不應理解為是對本發明的限制。凡基於本發明上述思想做出的修改，替換，變更均屬於本發明。實施例一粉末等離子噴塗的羥基磷灰石塗層上複合殼聚糖塗層直接利用羥基磷灰石粉末。通過等離子噴塗設備，噴塗採用粉末噴嘴，使用大氣等離子噴塗設備，最後在生物醫用金屬基底上形成塗層，噴塗厚度為120微米。塗層表面形貌採用掃描電鏡進行觀察。掃描電鏡照片見圖二。將殼聚糖溶解於超純水，濃度為100g/L，在將塗層樣品在無菌的條件下浸泡於殼聚糖水溶液中24小時，之後在超淨臺內風乾12小時。其複合塗層(殼聚糖濃度100g/L)早期抑菌性能與多孔磷酸鈣-殼聚糖複合塗層(殼聚糖濃度100g/L)比較(MTT法對金黃色葡萄球菌的增殖情況檢測)見圖4。利用MTT法對金黃色葡萄球菌的增殖情況檢測結果表明具有多孔結構的磷酸鈣_殼聚糖複合塗層具有遠為優異的抑菌性能。實施例二在液相等離子噴塗的羥基磷灰石塗層上複合殼聚糖塗層按Ca1Q(P04)6(OH)2的鈣磷摩爾比(1.67)，在不斷攪拌下將摩爾濃度為2.8mol/L的磷酸氫二銨水溶液滴加到摩爾濃度為2.4mol/L的硝酸鈣水溶液中，保持反應液70°C，以質量百分比濃度25%的氨水控制其pH保持在10.5，反應後靜置10分鐘，再陳化24小時，即得固含量為34%的羥基磷灰石懸浮液備用。利用等離子噴塗設備，噴嘴採用霧化噴嘴，使用液相等離子噴塗方法，經過先驅液中液滴的破碎、細化、蒸發、燒結、熔融，最後在生物醫用金屬基底上形成塗層，噴塗厚度為120微米。塗層表面形貌採用掃描電鏡進行觀察。掃描電鏡照片見圖三。將殼聚糖溶解於超純水，濃度依次為10g/L、20g/L、50g/L、100g/L，再將四組塗層樣品在無菌的條件下分別浸泡於這四種濃度不同的殼聚糖水溶液中25小時，之後在超淨臺內風乾12小時。其複合塗層(殼聚糖濃度100g/L)與緻密磷酸鈣-殼聚糖複合塗層(殼聚糖濃度100g/L)早期抑菌性能比較見圖四，其四種殼聚糖濃度不同的複合塗層早期抑菌性能(匪T法對金黃色葡萄球菌的增殖速率檢測)見圖五，MG63細胞在此四種複合塗層表面的增殖情況見圖六，四種複合塗層在PBS溶液中的釋放情況見圖七。實施例三在液相等離子噴塗的羥基磷灰石塗層上複合殼聚糖塗層按Ca1Q(P04)6(OH)2的鈣磷摩爾比(1.67)，在不斷攪拌下將摩爾濃度為2.5mol/L的磷酸氫二銨水溶液滴加到摩爾濃度為2.lmol/L的硝酸鈣水溶液中，保持反應液65t:，以質量百分比濃度20%的氨水控制其pH保持在11，反應後靜置7分鐘，再陳化30小時，即得固含量為31%的羥基磷灰石懸浮液備用。將去離子水添加到羥基磷灰石懸浮液中，將其稀釋成固含量為15%的羥基磷灰石懸浮液。利用等離子噴塗設備，噴嘴採用霧化噴嘴，使用液相等離子噴塗方法，經過先驅液中液滴的破碎、細化、蒸發、燒結、熔融，最後在生物醫用金屬基底上形成塗層，噴塗厚度為150微米。將殼聚糖溶解於超純水，濃度為15g/L，在將塗層樣品在無菌的條件下浸泡於殼聚糖水溶液中18小時，之後在超淨臺內風乾10小時。實施例四在液相等離子噴塗的羥基磷灰石塗層上複合殼聚糖塗層按C^。(P0》e(0H)2的鈣磷摩爾比(1.67)，在不斷攪拌下將摩爾濃度為1.7mol/L的磷酸氫二銨水溶液滴加到摩爾濃度為1.4mol/L的硝酸鈣水溶液中，保持反應液65°C，以質量百分比濃度23%的氨水控制其pH保持在11.5，反應後靜置12分鐘，再陳化35小時，即得固含量為21%的羥基磷灰石懸浮液備用。將造孔劑碳酸氫銨加入到羥基磷灰石懸浮液中，添加量以懸浮液的固含量為100%計，碳酸氫銨為30%。利用等離子噴塗設備，噴嘴採用霧化噴嘴，使用液相等離子噴塗方法，經過先驅液中液滴的破碎、細化、蒸發、燒結、熔融，最後在生物醫用金屬基底上形成塗層，噴塗厚度為130微米。將殼聚糖溶解於超純水，濃度為25g/L，在將塗層樣品在無菌的條件下浸泡於殼聚糖水溶液中20小時，之後在超淨臺內風乾15小時。實施例五在液相等離子噴塗的羥基磷灰石塗層上複合殼聚糖塗層按C^。(P0》e(0H)2的鈣磷摩爾比(1.67)，在不斷攪拌下將摩爾濃度為1.6mol/L的磷酸氫二銨水溶液滴加到摩爾濃度為1.3mol/L的硝酸鈣水溶液中，保持反應液50°C，以質量百分比濃度22%的氨水控制其pH保持在9，反應後靜置5分鐘，再陳化45小時，即得固含量為20%的羥基磷灰石懸浮液備用。利用等離子噴塗設備，噴嘴採用霧化噴嘴，使用液相等離子噴塗方法，經過先驅液中液滴的破碎、細化、蒸發、燒結、熔融，最後在生物醫用金屬基底上形成塗層，噴塗厚度為150微米。將殼聚糖溶解於超純水，濃度為30g/L，在將塗層樣品在無菌的條件下浸泡於殼聚糖水溶液中32小時，之後在超淨臺內風乾16小時。實施例六在液相等離子噴塗的磷酸三鈣塗層上複合殼聚糖塗層按Ca3(P04)2的鈣磷摩爾比(1.5)，在不斷攪拌下將摩爾濃度為3.0mol/L的磷酸氫二銨水溶液滴加到摩爾濃度為3.0mol/L的硝酸鈣水溶液中，保持反應液55°C，以質量百分比濃度35%的氨水控制其pH保持在9.5，反應後靜置5分鐘，再陳化25小時，即得固含量為25%的磷酸三鈣懸浮液備用。利用等離子噴塗設備，噴嘴採用霧化噴嘴，使用液相等離子噴塗方法，經過先驅液中液滴的破碎、細化、蒸發、燒結、熔融，最後在生物醫用金屬基底上形成塗層，噴塗厚度為110微米。將殼聚糖溶解於超純水，濃度為60g/L，在將塗層樣品在無菌的條件下浸泡於殼聚糖水溶液中35小時，之後在超淨臺內風乾15小時。實施例七在液相等離子噴塗的磷酸三鈣塗層上複合殼聚糖塗層按Ca3(P04)2的鈣磷摩爾比(1.5)，在不斷攪拌下將摩爾濃度為2.4mol/L的磷酸氫二銨水溶液滴加到摩爾濃度為2.4mol/L的硝酸鈣水溶液中，保持反應液60°C，以質量百分比濃度33%的氨水控制其pH保持在10，反應後靜置10分鐘，再陳化48小時，即得固含量為30%的磷酸三鈣懸浮液備用。利用等離子噴塗設備，噴嘴採用霧化噴嘴，使用液相等離子噴塗方法，經過先驅液中液滴的破碎、細化、蒸發、燒結、熔融，最後在生物醫用金屬基底上形成塗層，噴塗厚度為160微米。將殼聚糖溶解於超純水，濃度為70g/L，在將塗層樣品在無菌的條件下浸泡於殼聚糖水溶液中30小時，之後在超淨臺內風乾10小時。實施例八在液相等離子噴塗的磷酸三鈣塗層上複合殼聚糖塗層按Ca3(P04)2的鈣磷摩爾比(1.5)，在不斷攪拌下將摩爾濃度為2mol/L的磷酸氫二銨水溶液滴加到摩爾濃度為1.7mol/L的硝酸鈣水溶液中，保持反應液75°C，以質量百分比濃度20%的氨水控制其pH保持在10.5，反應後靜置15分鐘，再陳化40小時，即得固含量為25%的磷酸三鈣懸浮液備用。利用等離子噴塗設備，噴嘴採用霧化噴嘴，使用液相等離子噴塗方法，經過先驅液中液滴的破碎、細化、蒸發、燒結、熔融，最後在生物醫用金屬基底上形成塗層，噴塗厚度為150微米。將殼聚糖溶解於超純水，濃度為80g/L，在將塗層樣品在無菌的條件下浸泡於殼聚糖水溶液中28小時，之後在超淨臺內風乾11小時。試驗例一本發明生物醫用材料的抑菌對比實驗本研究中使用了金黃色葡萄球菌(ATCC25923)來測試材料的抑菌性能。凍存的菌株經快速解凍並在37t:恆溫搖床內震蕩增菌16小時，用增菌液進行平板塗布，經過24-38小時培養後，挑選出生長良好的菌落進行二次增菌，在LB(Luriabroth)中培養，培養16-18小時並將菌液濃度調至l-2*106CFUs/mL。將濃度為100g/L的殼聚糖分別與緻密羥基磷灰石塗層和多孔羥基磷灰石塗層複合。之後將材料依次放入24孔板，接種金黃色葡萄球菌，分別培養6h，12h，和24h。使用MTT法測得材料對細菌的抑制情況。抑菌結果見圖4。利用MTT法對金黃色葡萄球菌的增殖情況檢測結果表明具有多孔結構的磷酸f丐_殼聚糖複合塗層具有遠為優異的抑菌性能。試驗例二由不同濃度殼聚糖製備的本發明生物醫用材料的抑菌試驗本研究中使用了金黃色葡萄球菌(ATCC25923)來測試材料的抑菌性能。凍存的菌株經快速解凍並在37t:恆溫搖床內震蕩增菌16小時，用菌液進行平板塗布，經過24-28小時培養後，挑選出生長良好的菌落進行二次增菌，在LB(Luriabroth)中培養，培養16-18小時並將菌液濃度調至l-2*106CFUs/mL。將濃度分別為10g/L，20g/L，50g/L，100g/L殼聚糖與羥基磷灰石的複合材料依次放入24孔板，接種金黃色葡萄球菌，分別培養6h，12h和24h。使用MTT法測得材料對細菌的抑制情況。抑菌結果見圖5。圖5顯示了使用MTT法測得抑菌實驗的0D值，在6h時未見到顯著區別，在12h時，多孔空白對照樣品細菌大量繁殖，而其餘裝載了殼聚糖的則顯示出明顯的抑菌效果。在24h，不同種類的材料抑菌性能顯示出巨大的差異，多孔以及裝載10g/l殼聚糖在24小時幾乎沒有抑菌的效果，當殼聚糖含量增大到20g/l時，塗層顯示出明顯的抑菌效果，並且20g/l，50g/l，100g/l殼聚糖的抑菌效果隨著裝載量的加大而增加。試驗例三本發明生物醫用材料的細胞毒性試驗復甦凍存的MG63細胞，取第二代生長旺盛的細胞製得濃度為1*104的細胞懸液，按lml/孔的量接種於材料(殼聚糖濃度分別為10g/L，20g/L，50g/L，100g/L)表面，最後將培養板放入C02恆溫培養箱中，分別培養2天，4天和6天。最後用酶聯免疫檢測儀在570nm處測得各樣品的0D值。結果見圖6。如圖所示裝載10g/l和20g/l殼聚糖的材料細胞增殖數量顯著高於裝載50g/l和100g/l殼聚糖的材料。相比空白的多孔HA塗層，50g/l和100g/l殼聚糖的兩組顯示出一定的細胞毒性，而10g/l和20g/l殼聚糖不僅沒有細胞毒性，反而更是促進了細胞在材料表面的增殖。試驗例四本發明生物醫用材料的體外釋放試驗將製備好的多孔磷酸鈣_殼聚糖生物活性塗層置入離心管中並加入16ml的PBS溶液。將離心管放入恆溫搖床，搖速和溫度分布保持在50rpm和37°C。每個時間點取出離心管內的溶液來計算殼聚糖從塗層中釋放的總量。釋放值使用紫外分光光度計進行測量。結果見圖7。在初期，殼聚糖從塗層中釋放到PBS中的量出現快速增加的趨勢，並且各種濃度殼聚糖在初期的釋放量並沒有見到顯著區別。經過大約24小時，殼聚糖釋放速率開始放緩，且各組分間釋放量出現了明顯的區別，在24小時，裝載10g/L，20g/L，50g/L和100g/L殼聚糖的釋放量分別為586mg/ml，682mg/ml，707mg/ml和732mg/ml。權利要求生物醫用材料，其特徵在於所述生物醫用材料包括有基底材料，在基底材料的外表面上複合有多孔磷酸鈣塗層，多孔磷酸鈣塗層上還複合有殼聚糖層。2.根據權利要求1所述的生物醫用材料，其特徵在於所述多孔磷酸鈣塗層為磷酸鈣材料通過液相等離子噴塗法複合在基底材料上形成的。3.根據權利要求1所述的生物醫用材料，其特徵在於所述磷酸鈣材料為羥基磷灰石或磷酸三鈣。4.根據權利要求1所述的生物醫用材料，其特徵在於所述殼聚糖內還含有消炎藥物、止血藥物或抑菌藥物中的至少一種。5.根據權利要求1所述的生物醫用材料，其特徵在於所述的基底材料為生物醫用金屬材料、生物醫用陶瓷材料、含金屬的生物醫用複合材料或含陶瓷的生物醫用複合材料中的至少一種。6.根據權利要求5所述的生物醫用材料，其特徵在於所述生物醫用金屬材料為生物醫用鈦合金材料、生物醫用不鏽鋼材料、生物醫用鈷基合金材料中的至少一種；所述生物醫用陶瓷材料為氧化鋁陶瓷或氧化鋯陶瓷。7.根據權利要求16任一項所述的生物醫用材料，其特徵在於是由以下方法製備的a、配製磷酸鈣懸浮液；b、將步驟a得到的磷酸鈣懸浮液注入到等離子火焰中心的高溫區域，噴塗至基底材料的表面，生成具有多孔的羥基磷灰石塗層的生物醫用材料；c、將步驟b得到的具有的多孔羥基磷灰石塗層的生物醫用材料浸入10g/L100g/L殼聚糖水溶液中1836小時或將殼聚糖溶液滴加在多孔羥基磷灰石塗層表面；然後將材料在無菌條件下風乾，即得。8.根據權利要求7所述的製備生物醫用材料的方法，其特徵在於製備步驟a所述的磷酸鈣懸浮液的方法為邊攪拌邊將摩爾濃度為1.23.6mol/L的磷酸氫二銨水溶液滴加到摩爾濃度為13mol/L的硝酸f丐水溶液中，保持反應液30°C90°C，以氨水控制其pH保持在912，反應後靜置515分鐘，再陳化2448小時。9.根據權利要求7所述的製備生物醫用材料的方法，其特徵在於步驟b所述的中將磷酸鈣懸浮液注入到等離子火焰中心的高溫區域是採用霧化噴嘴進行；等離子噴塗功率為2070千瓦，噴塗距離為80180mm。10.使用權利要求7所述的方法製備的生物醫用材料。全文摘要本發明屬於生物醫用材料領域，具體涉及一種兼具良好抑菌，止血和成骨活性的具有多孔磷酸鈣-殼聚糖複合塗層的生物醫用材料及其製備方法。本發明中，首先利用等離子噴塗製備多孔磷酸鈣塗層，再通過浸泡法，滴加法等直接在多孔塗層表面複合水溶性殼聚糖表面層。這樣既可起到很好的手術後早期抗菌，止血的功能，又可使植入體表面生物活性，成骨性能的潛在不利影響最小化。本發明工藝簡單，生產成本低，可以賦予植入器械止血，抑菌兩大額外功效，可大幅度提高現有植入器械的安全性和成功率，減輕病人痛苦。文檔編號A61L27/40GK101791436SQ20101014764公開日2010年8月4日申請日期2010年4月15日優先權日2010年4月15日發明者何靜,吳方,宋磊,甘露,田志立,顧忠偉,黃濤申請人:四川大學