一种气相Ag纳米颗粒处理的植入体医用材料的方法
【专利摘要】气相Ag纳米颗粒处理的植入体医用材料的方法，步骤如下：1）准备医用植入材料，并对医用植入材料表面进行清洗烘干后送入真空沉积台；2）采用团簇束流的方法产生Ag纳米颗粒束流；其中Ag纳米颗粒产生室的气压在50～200Pa，真空沉积台处真空度优于10-2Pa；产生的Ag纳米颗粒尺寸由Ag蒸汽的供应速率、产生室的气压控制，覆盖率由沉积的时间控制；3）沉积Ag纳米颗粒，Ag颗粒直径在5-100nm之间，达到略低于30%的覆盖率。本发明Ag颗粒与植入体的结合程度可以通过束流工艺有效调节和控制，比一般溅射、或化学涂覆的镀层更加耐磨，可以保证植入医用材料的长久使用。
【专利说明】—种气相Ag纳米颗粒处理的植入体医用材料的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及医用材料，提出一种有用的植入体医用材料及其制造工艺，实现强的抗菌性能。
【背景技术】
[0002]钛(合金)、镁合金和羟基磷灰石等人工种植骨、牙和关节等医用植入材料因其良好的力学性能、生物稳定性、生物相容性和可加工性能在当前医用植入领域取得了广泛的应用。这些植入的硬材料必须经过一定的时间才能与人体被修复部位牢固结合。这段时间内，植入材料与人体修复部位的细胞生长(如成骨细胞)就是当前医用植入领域关注的重点，其中，植入体周厌氧菌的聚集和繁殖，可引起发炎导致修复失败，所以，抗菌是最受关注的环节之一。近来，人们正在通过多种表面处理技术对植入材料的表面进行形貌、组分的调整，以其实现植入材料在抗菌和生长多方面性能的改进(如CN103143056A等)。
[0003]纳米Ag处理已经被认为是抑制细菌滋生和杀灭细菌的有效方法，并且被认为具有广谱杀菌、杀菌效率高、不易产生抗药性、作用稳定等优良特性。非常值得注意的是，在一定时间内Ag纳米颗粒杀菌具有长效性，从而可以长期的使用。而且，由于植入体植入的部位一般无光照，常用的Ti02杀菌效果很差，所以人们开始关注Ag纳米颗粒的涂覆效果。阴极(磁控)溅射以及等离子体处理是获得植入体表面纳米结构的重要方法。最简单的，在钛或者Si02基板上阴极溅射喷镀或磁控溅射直接就可以获得一定的Ag纳米结构，然而这类纳米结构的尺寸控制受种植 体形貌的影响。这实现了 Ag纳米结构的植入体表面制备和一定的杀菌性能。一般来说种植体的形貌本身较为粗糙，溅射喷镀的原子在此初步结构的限制下纳米尺度形貌不够均匀，无法实现预期的蛋白生长精细控制。还有，人们也采用纳米银混合的方法处理一些医用材料，比如中国发明专利201210050491.1,201120115265.8和201310187527.5就介绍了一些关于将纳米银化学方法混合在医用材料上达到杀菌效果的工作。
[0004]团簇束流，也即纳米颗粒束流，是一种利用磁控溅射/气相凝聚/差分抽气等多种技术配合产生的纳米颗粒束流，其纳米颗粒在气相中产生，且其尺寸可以由产生束流的条件控制，纳米颗粒束流可以方便的淀积到基板表面对所需基板进行纳米加工(王广厚，《团簇物理学》，上海科学技术出版社，2003年)。所以，利用团簇束流将可以产生各种气相的尺寸(l-200nm)的金属/非金属纳米颗粒用于医用种植体的改性。这类工作在公开文献中尚未报道过。这种方法和传统上在植入体表面形成纳米结构不同，纳米颗粒在气相飞行中已经形成，所以植入体形成的纳米形貌可由束流工艺控制。另外，这类纳米颗粒一般带电，可以加一定的电压提高其作用动能从而大大改善纳米颗粒的结合强度，提高人工植入体的耐磨性能。这类结构可控、Ag纳米抗菌和耐磨性能改善正是医用植入材料关注的关键性能。
【发明内容】
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[0005]本发明目的是，提出一种气相Ag纳米颗粒处理的医用植入体材料的方法，这类医用材料材料可以是钛、钛合金、镁合金，也可以是羟基磷灰石等绝缘人工植入材料。表面附着由气相纳米颗粒沉积生长的Ag纳米颗粒层,该纳米结构的特征尺寸在5-100nm之间，能起到短期内杀菌的作用，提出一种Ag纳米颗粒固定性能更好的医用植入材料，使得医用植入材料的杀菌抗菌性能更长久。
[0006]本发明的技术方案是:气相Ag纳米颗粒处理的植入体医用材料的方法，其步骤如下:
[0007]I)准备医用植入材料，并对医用植入材料表面进行清洗烘干后送入真空沉积台；
[0008]2)采用团簇束流的方法产生Ag纳米颗粒束流；其中Ag纳米颗粒产生室的气压在50~200Pa左右，真空沉积台处真空度优于10_2Pa。产生的Ag纳米颗粒尺寸可以由Ag蒸汽的供应速率、产生室的气压控制，覆盖率可以由沉积的时间控制；
[0009]3)沉积Ag纳米颗粒，Ag颗粒直径在5-100nm之间，达到略低于30%的覆盖率；尤其是低于20%的覆盖率，Ag颗粒直径在15-60nm之间；
[0010]进一步的，本发明可以对医用植入材料表面直流偏压，达到纳米颗粒中每原子IeV以上的动能，实现Ag颗粒的有效附着和耐磨性能改善。
[0011]对于绝缘医用植入体材料，可以在同时采用电子束轰击，提高Ag纳米颗粒与医用材料的附着效果。绝缘医用植入体材料加直流偏压时也可以是放置在导电体上，在导电体上施加直流偏压。
[0012]本发明的有益效果是，Ag颗粒的覆盖率小于30%，所以并不影响植入体与人体的有效结合。Ag颗粒与植入体的结合程度可以通过束流工艺有效调节，比一般溅射、或化学涂覆的镀层更加耐磨，可以保证植入医用材料的长久使用。这一材料可以具有足以保证植入体牢靠生长的抗菌效果和耐磨性能，而且工艺上也很方便控制。
【具体实施方式】`
[0013]以下通过实施例说明本发明植入医用材料的制备及有益效果。
[0014]处理对象是人工牙齿是由一个钛合金种植体和一个外冠组成。把内芯的钛合金种植体在丙酮中浸泡20分钟，并用干燥的氮气吹干后把种植体装入团簇沉积台。在系统真空度达到10-4Pa以上时，通入Ar气，流量40sccm，从而获得80Pa的团簇产生室气压，溅射功率维持在20W。Ag纳米颗粒产生室(通过坩埚对Ag加热到400-500摄氏度)的气压在80Pa左右，真空沉积台处真空度优于10_2Pa。产生的Ag纳米颗粒尺寸可以由Ag蒸汽的供应速率、产生室的气压控制，覆盖率(表面覆盖Ag纳米颗粒占全部表面积的比)可以由沉积的时间控制15-20% ;更进一步的方案，同时施加采用电子束轰击:在上述条件下，本发明将种植体材料装在一个施加10000V电压的沉积台上，沉积I分钟，可以形成Ag纳米颗粒镀层的钛合金种植体，其覆盖率低于20-25%。
[0015]对比施加10000V电压和未施加电压的镀层，用小锤轻敲，发现施加10000V电压的Ag纳米颗粒镀层很坚固，而未施加的易受到损坏，本发明在使用时Ag纳米颗粒与医用粘附性能明显优于现有技术的产品，而且可以方便控制Ag纳米的量。
[0016]采用了 Ag纳米颗粒镀层后，种植体上杀菌效果明显，且细菌生长受到更强的抑制。
【权利要求】
1.气相Ag纳米颗粒处理的植入体医用材料的方法，其特征是步骤如下: 1)准备医用植入材料，并对医用植入材料表面进行清洗烘干后送入真空沉积台； 2)采用团簇束流的方法产生Ag纳米颗粒束流；其中Ag纳米颗粒产生室的气压在50~200Pa，真空沉积台处真空度优于10_2Pa ;产生的Ag纳米颗粒尺寸由Ag蒸汽的供应速率、产生室的气压控制，覆盖率由沉积的时间控制； 3)沉积Ag纳米颗粒，Ag颗粒直径在5-100nm之间，达到略低于30%的覆盖率。
2.根据权利要求1所述的气相Ag纳米颗粒处理的植入体医用材料的方法，其特征是沉积Ag纳米颗粒低于20%的覆盖率，Ag颗粒直径在15-60nm之间。
3.根据权利要求1所述的气相Ag纳米颗粒处理的植入体医用材料的方法，其特征是在植入体医用材料表面直流偏压，达到纳米颗粒中每原子IeV以上的动能，实现Ag颗粒的有效附着和耐磨性能改善。
4.根据权利要求1所述的气相Ag纳米颗粒处理的植入体医用材料的方法，其特征是在对绝缘医用植入材 料同时采用电子束轰击，提高Ag纳米颗粒与医用材料的附着力。
【文档编号】C23C14/14GK103816569SQ201410073837
【公开日】2014年5月28日 申请日期:2014年2月28日 优先权日:2014年2月28日
【发明者】宋凤麒, 夏露, 王培志 申请人:宋凤麒