一种抗菌克氏针的制备方法及应用

本发明涉及克氏针领域，特别涉及一种抗菌克氏针的制备方法及应用。

背景技术：

1、克氏针作为一种骨科常用的内固定材料，主要用于治疗手足等较细小骨的骨折，通过固定克氏针在骨折的位置从而起到固定骨折、防止骨折移位的作用，具有良好的固定及愈合效果，克氏针被称为骨科“四大发明”之首。然而在骨科手术中，感染是内植入物植入后常见且最具挑战性的严重并发症，而由于克氏针缺乏抗菌抑菌活性，故当细菌附着在克氏针周围时，克氏针在临床使用的稳定性和安全性就受到了细菌感染的威胁，将带有细菌的克氏针植入人体内后会容易引发菌性感染及炎症(金属-皮肤界面的炎症和针道感染是最常见的问题)，最终将会导致植入手术的失败，甚至危及患者的生命。

2、目前，抗生素是治疗细菌感染最常用的策略之一，但是耐药菌的产生影响了其治疗的效果，并且抗生素的频繁使用也会对患者的健康产生不利影响。与抗生素相比，抗菌金属涂层具有持久的抗菌效果以及更强的抗生物膜形成能力，目前金属表面的抗菌涂层主要通过微弧氧化、磁控溅射、等离子体等技术制备，比如ru179635u1提供了一种在克氏针表面利用离子束技术将铜离子以物理作用附着形成含铜的碳金刚石状膜，但是该方案存在工序复杂、铜离子量不可控以及适用范围窄等诸多问题，当然其他目前存在的涂层改性技术中也或多或少地存在涂层分布不均匀、附着力差、工艺繁琐、成本较高、无法批量生产、甚至影响基底本身的机械强度及破坏生物相容性等问题。另外，克氏针的抗菌涂层的耐磨耐腐蚀的性能也非常重要，若是抗菌涂层不稳定的话也会导致抗菌能力不足，无法实现长效抗菌效果。

3、综上所述，针对克氏针感染及其不良影响，亟需开发一种具有优异抗菌性能、与基底结合程度高、耐磨损、耐腐蚀且制备工艺简便的抗菌金属涂层以解决克氏针在临床上带来的感染及其他不良影响。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种抗菌克氏针的制备方法及应用，在克氏针表面形成抗菌涂层，且该抗菌涂层兼备具有优异抗菌性能、与基底结合程度高、耐磨损、耐腐蚀且制备工艺简便的优点。

2、为实现以上目的，第一方面，本技术方案提供了一种抗菌克氏针的制备方法，包括以下步骤：

3、1)依次使用丙酮、乙醇和去离子水对克氏针基底进行超声清洗得到表面干净无杂质的克氏针基底；

4、2)将表面干净无杂质的克氏针基底浸泡在盐酸溶液中得到表面激活的克氏针；

5、3)在室温下混合高锰酸钾溶液和五水硫酸铜溶液得到混合溶液，并将混合溶液升温至第一温度，其中第一温度的温度区间为80-90℃，混合溶液的mn:cu的比例为(2-4)：1；

6、4)将表面激活的克氏针浸入混合溶液一段时间并始终保持第一温度得到含抗菌涂层的克氏针；

7、5)自混合溶液中取出含抗菌涂层的克氏针，并依次浸入去离子水和无水乙醇中清洗后干燥得到抗菌克氏针。

8、不同于现有技术离子束处理克氏针以形成抗菌涂层的技术，本方案采用氧化还原辅助共沉积法，利用高锰酸钾的强氧化作用在金属克氏针基底表面共沉积含铜的金属氢氧化物，以在克氏针表面得到均一且具有耐久性的抗菌涂层，本方案的操作简单，成本低，耗时较少，可以应用于任何形状的基底表面，得到的抗菌涂层与基底附着力强，耐摩擦性能高，抗菌效率高，为其它植入物表面的抗菌涂层改性提供了新的方法，在骨植入和外科领域有较高的应用价值。

9、具体的，如图2所示，本方案的铜的沉积不是氧化还原反应引起的，而是羟基交联促进的共沉淀过程，氧化剂mno4-的存在以在克氏针基底上引起快速腐蚀从而使得克氏针基底产生强附着力，克氏针基底形成mn(三价态或四价态)和fe(三价态)的氢氧根(mnfeoh)，随后通过氧桥键将cu(二价态)结合到其结构(mnfeoh-cu)中形成耐摩擦抗菌涂层。

10、在一些实施例中，依次使用丙酮、乙醇和去离子水对克氏针基底进行超声清洗8-12min得到表面干净无杂质的克氏针基底；优选的，对克氏针基底进行超声清洗10min得到对克氏针基底。这样做的好处在于可以有效地清除克氏针基底表面的油脂、污垢和其他杂质，使基底表面保持清洁，与此同时可以确保克氏针表面没有残留的化学物质也更容易和抗菌涂层进行粘附。

11、在一些实施例中，将表面干净无杂质的克氏针基底浸泡在0.5mol/l盐酸溶液中10-15min得到表面激活的克氏针；优选的，将表面干净无杂质的克氏针基底浸泡在0.5mol/l盐酸溶液中15min得到表面激活后的克氏针。这样的好处在于使得盐酸可以同克氏针表面发生化学反应以激活克氏针基底的表面，同时也能进一步去除克氏针基底表面的杂质、氧化物等以提高克氏针基底后续形成抗菌涂层的附着力。

12、在一些实施例中，在室温下配置0.04mol/l的高锰酸钾溶液和0.12mol/l的五水硫酸铜溶液并进行搅拌均匀，混合搅拌均匀的高锰酸钾溶液和五水硫酸铜溶液得到混合溶液。

13、在一些实施例中，第一温度优选为85℃，且混合溶液的mn:cu的比例为3：1。

14、在一些实施例中，将表面激活的克氏针浸入混合溶液中保持0.8-1.2h，优选的，将表面激活的克氏针浸入混合溶液中保持1h。且需要说明的是，表面激活的克氏针不接触装有混合溶液的容器的内壁。

15、在一些实施例中，自混合溶液中取出含抗菌涂层的克氏针，并依次浸入去离子水和无水乙醇晃动清洗5-20s后干燥得到抗菌克氏针；优选的，依次浸入去离子水和无水乙醇晃动清洗5s。

16、第二方面，本方案提供了根据上述方法制备得到的抗菌克氏针，该抗菌克氏针表面形成耐摩擦抗菌涂层，其中耐摩擦抗菌涂层为镶嵌有铜离子修饰的氢氧化物薄膜的组装渐层。具体的，本方案的耐摩擦抗菌涂层中的铜为二价铜离子，耐摩擦抗菌涂层的结构为mnfeoh-cu。

17、在一些实施例中，本方案的抗菌克氏针的厚度为20-40nm。

18、在一些实施例中，耐摩擦抗菌涂层具有极佳的稳定性：在摩擦测试后的铜离子的保留量为97.8±5％。

19、在一些实施例中，耐摩擦抗菌涂层具有极佳的抗菌性：对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的杀灭率分别为99.5±5％和98.5±5％。

20、第三方面，本方案提供了上述抗菌克氏针的应用，可用于骨科内植入物和外科领域。

21、相较于现有技术，本技术方案具有以下特点和有益效果：

22、本方案仅需将表面干净无杂质的克氏针在通过盐酸处理后浸泡在由高锰酸钾和无水硫酸铜混合的混合溶液中即可实现耐摩擦抗菌涂层的形成，具有方法操作简便，反应条件温和，操作简单，适用于各种形状基底，易于规模放大的优势；且本方案利用氧化还原辅助共沉积法在金属克氏针基底表面共沉积含铜的金属氢氧化物作为耐摩擦抗菌涂层，该耐摩擦抗菌涂层均一超薄，且与克氏针基底结合力强具有更好的耐久性，在摩擦测试后的铜离子的保留量为97.8±5％；与此同时，该抗菌克氏针通过铜离子的释放，在体内与体外都具有良好的抗菌性能，对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的杀灭率分别为99.5±5％和98.5±5％，具有良好的细胞相容性与血液相容性，具有广阔的应用前景和使用价值。