一种兼具抗菌和抗炎性能的表面改性钛材料及其

本发明公开一种兼具抗菌和抗炎生物功能的表面改性钛材料及其制备方法，所得表面改性钛材料表面具有有氢化钯纳米层，属于金属材料表面改性。背景技术：1、医用钛及其合金具有生物相容性好、密度低以及抗腐蚀性强等优点。其弹性模量接近人骨，可减轻应力屏蔽造成的骨吸收，是硬组织植入材料的首选，常用作人工髋关节和种植牙。人工髋关节的股骨柄、关节球头和髋臼杯等是由钛合金制成，种植牙的下半部分牙根也常由医用钛制成。除此之外，医用钛及其合金也被广泛应用于正畸手术部件、骨固定器件、血管和人工心脏瓣膜的支架装置以及高速血液离心机的手术器械及部件。2、钛基植入体不具有抗菌性能，术后可能发生细菌感染。植入体表面为细菌提供了理想的定植场所，细菌易在表面黏附繁殖形成生物膜。生物膜具有较强的抗药性，难以根除，通常需要进行二次手术。因此，也需要对医用钛材料进行抗菌改性，防止细菌感染的发生。此外，钛基植入体作为一个异体材料进入人体，首先面临的是免疫反应。巨噬细胞会聚集到植入体周围，随后极化成m1型(促炎型)或者m2型(抗炎型)细胞。过多的m1型细胞会诱发急性炎症反应，导致纤维囊的形成。而纤维囊包裹植入体，会阻碍骨细胞附着到植入体表面，进而影响新骨生成，导致骨整合性不佳。因而，构建具有恰当免疫应答的钛植入体表面，促进免疫细胞向抗炎的m2型极化，是提高植入体骨整合性、降低无菌性松动风险的新思路。3、在实际的临床应用中，植入体材料的细菌感染以及与宿主组织的骨结合不足会延迟患者的恢复时间，并增加术后发病率。因此，理想的钛植入材料应具有理想的抗菌和抗炎作用，以加速骨再生。为了解决这个问题，在钛植入体表面负载生物功能性试剂，如抗菌剂、成骨肽或药物，是目前研究广泛策略。然而，生物功能性试剂负载涂层制备通常较负载，难以实现材料工业化大批量生产。此外，生物功能性试剂释放量不足，无法达到抗菌和成骨要求；过量释放则会导致毒性和副作用产生。因此，开发一种简单、安全的策略来防止细菌感染并改善组织再生，仍是本领域技术人员的研究方向之一。技术实现思路1、为了解决医用生物钛基植入材料缺乏抗菌和作为异体材料容易引发人体免疫反应，产生纤维包囊不足的问题，本发明提供一种兼具抗菌和抗炎性能的表面改性钛材料及其制备方法。2、一方面，本发明提供了一种表面改性钛材料，包括：钛基体、以及形成在钛基体表面的氢化钯纳米涂层。优选地，所述氢化钯纳米涂层中氢原子储存钯的晶格中。3、本发明中，钯原子的4d电子层少两个电子，能够共轭质子，氢化钯(可吸引质子进入到钯的晶格中，消耗细菌膜外微环境中的质子，为重建质子浓度梯度，细菌将胞内质子转移的胞外。细菌膜内质子减少则会显著干扰细菌正常的生理代谢活动，影响细菌atp合成并造成氧化应激，导致细菌死亡。另一方面，氢化钯可作用于炎症早期、快速清除炎症组织中的氧化性物种，逆转氧化-还原环境；释放的氢气，可作用于炎症后期，实现细胞水平的递送治疗，促进抗炎m2型巨噬细胞的活化，达到抗炎、加速整合的生物学性能。4、较佳的，所述氢化钯纳米涂层的厚度为20～70nm。5、较佳的，所述钛基体的材质为纯钛或钛合金。6、另一方面，本发明提供了一种表面改性钛材料的制备方法，包括：将表面覆盖钯纳米涂层的钛基体在室温下放置于氢气气流中，通过钯原子吸引氢原子的特性在钯纳米涂层表面储存氢气，得到氢化钯纳米涂层。7、较佳的，通过离子溅射技术在钛基体表面制备钯纳米涂层。优选地，所述离子溅射技术的工艺参数包括：溅射电流为10ma～60ma，溅射时间为100s～500s。8、较佳的，所述氢气气流的流量为60sccm～100sccm。9、较佳的，所述室温的温度为20～40℃；放置于氢气气流中的时间为1h～10h、优选为3h～8h。10、有益效果：11、本发明所得表面改性钛材料，提高钛基植入材料的抗菌和抗炎等生物学功能，以满足临床上对钛基植入材料抗菌、抗炎和良好骨整合性能的需求。技术特征：1.一种表面改性钛材料，其特征在于，包括：钛基体、以及形成在钛基体表面的氢化钯纳米涂层。2.根据权利要求1所述的表面改性钛材料，其特征在于，所述氢化钯纳米涂层中氢原子储存钯的晶格中。3.根据权利要求1所述的表面改性钛材料，其特征在于，所述氢化钯纳米涂层的厚度为20～70nm。4.根据权利要求1-4中任一项所述的表面改性钛材料，其特征在于，所述钛基体的材质为纯钛或钛合金。5.一种如权利要求1-4中任一项所述的表面改性钛材料的制备方法，其特征在于，包括：6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，通过离子溅射技术在钛基体表面制备钯纳米涂层。7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述离子溅射技术的工艺参数包括：溅射电流为10ma～60ma，溅射时间为100s～500s。8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述氢气气流的流量为60sccm～100sccm。9.根据权利要求5-8中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述室温的温度为20～40℃；放置于氢气气流中的时间为1h～10h、优选为3h～8h。技术总结本发明涉及一种兼具抗菌和抗炎性能的表面改性钛材料及其制备方法。所述表面改性钛材料包括：钛基体、以及形成在钛基体表面的氢化钯纳米涂层。技术研发人员：刘宣勇,张冬冬,杜辉辉,彭峰,陈书寒受保护的技术使用者：中国科学院上海硅酸盐研究所技术研发日：技术公布日：2024/8/16