[發明專利]飛秒激光在純鈦植入材料表面處理中的應用

無效

• 申請號: 200810052876.5
• 申請日: 2008-04-25
• 公開（公告）號: CN101264551A
• 公開（公告）日: 2008-09-17
• 發明（設計）人: 王洪水;梁春永;楊建軍;陳學廣;楊陽;楊賢金;李長義;王磊
• 申請（專利權）人: 河北工業大學;南開大學;天津醫科大學口腔醫院
• 主分類號: B23K26/00
• 分類號: B23K26/00;B23K26/04;A61F2/28;A61C5/00;A61L31/02;A61L27/06
• 代理公司: 天津佳盟知識產權代理有限公司
• 代理人: 廖曉榮

技術領域

本發明的技術方案涉及激光在材料表面處理中的應用，具體地說是飛秒激光在純鈦植入材料表面處理中的應用。

背景技術

金屬種植技術修復骨骼或牙齒損傷興起于20世紀。種植純鈦或鈦合金材料手術作為骨骼和牙齒修復的重要手段，由于能兼顧美觀性和功能性的要求，近年來越來越多地被臨床所采用。然而，種植體植入后引起的應力環境的巨大改變以及相應的周圍骨的適應性重建常常導致種植體松動和脫位，致使手術失敗。良好的骨結合是純鈦種植體正常行使功能和確保手術成功的生物學基礎。為增加骨結合的效果，種植體表面規則圖案化可加強細胞、生物分子的生物學作用，如細胞的分化、增殖，加快新骨的長入。研究表明，細胞的生長對植入材料的表面形態是有選擇性的，通常細胞在溝槽構形的表面將沿突起部分或是纖維進行取向和遷移。這以現象稱為細胞培養的接觸誘導，在具有溝槽構形的植入材料表面，細胞的生長將沿溝槽方向爬行，細胞足緊緊抓住溝槽構形表面，顯著提高了細胞的貼附力。在具有拓撲構形的植入材料粗糙表面，能夠為細胞提供多種不同的粗糙度以適合細胞不同部位的貼附。特別是具有孔洞構形的植入材料表面更有利于細胞偽足的攀附，增加細胞與基質材料之間的作用力。而且孔洞的基底有利于水分、無機鹽以及其他營養物質和細胞代謝產物的運輸與交換，故更有利于細胞的生長。研究表明，植入材料表面孔洞構形能顯著增加成纖維細胞、軟骨細胞的生長速度，細胞分泌物增多。因此，如何實現種植體表面規則圖案化，使植入材料的表面具有溝槽構形或/和孔洞構形，以賦予種植體的生物功能性，提高其表面穩定性、耐磨性能和力學相容性，是現階段的主要研究任務，其基本手段則是應用金屬種植體的表面改性技術。

當前，金屬種植體的表面改性技術有噴砂后酸蝕法、離子反應刻蝕法、電化學法、普通激光加工方法和等離子噴涂法。噴砂后酸蝕法制備的表面圖案粗糙度不均勻，所獲得孔隙的深度和直徑不可控；離子反應刻蝕法和電化學法容易引入雜質離子，影響種植體的生物活性；普通激光加工只能在純鈦植入材料表面得到溝槽、較大孔洞等簡單構形，無法得到多種構形的組合以適應細胞生長。等離子噴涂能夠在制備表面羥基磷灰石涂層的同時提供粗糙表面，但是噴涂只能提供較厚的涂層，涂層厚度達30～150μm，而在高溫噴涂后的冷卻過程中，由于材料的熱膨脹系數不同，容易造成表面涂層與基體間產生較大應力甚至涂層脫落，這也容易導致材料植入后的植入失敗。另外，等離子噴涂所用原料為純HA粉，價格昂貴，設備造價高。而且上述工藝過程復雜、操作困難、影響因素多，不利于其廣泛應用。

已報道用于鈦或鈦合金種植體表面處理以增強種植體與骨組織結合的表面改性方法的文獻有：CN1712566公開了電化學法在鈦或鈦合金植入材料表面處理中的應用，是采用0.5～3M的H₂SO₄溶液對鈦或鈦合金植入材料表面進行腐蝕以獲得表面一定的粗糙度；CN1392799披露了用鈦和其他材料制成的植入體和假體的表面處理方法，是用氫氟酸、硫酸和鹽酸三種不同酸來連續和單獨對植入體區段進行腐蝕處理。然而，應用化學酸腐蝕的方法來處理鈦或鈦合金植入材料的表面，很難得到均勻的粗糙度，而且不能得到規則的表面圖案，不利于誘導細胞的定向生長及促進鈦或鈦合金材料植入后的傷口愈合。