[發(fā)明專(zhuān)利]醫(yī)用鈦合金植入材料表面的氮化碳改性薄膜的制備方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200910030710.8
• 申請(qǐng)日: 2009-04-10
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101555586A
• 公開(kāi)（公告）日: 2009-10-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王繼剛;劉敏
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): C23C14/35
• 分類(lèi)號(hào): C23C14/35;C23C14/06;C23C14/16;A61L27/30;A61L27/06
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專(zhuān)利商標(biāo)代理有限公司
• 代理人: 葉連生

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于生物醫(yī)用涂層，具體地說(shuō)，是一種具有良好生物相容性、并可應(yīng)用于外科移植鈦合金植入體表面的生物醫(yī)用氮化碳(CN_x)改性薄膜的沉積制備方法。

背景技術(shù)

生物醫(yī)用材料是指用于醫(yī)療的能植入生物體，或能與生物組織相接合的一類(lèi)特殊的功能材料。隨著生命科學(xué)的發(fā)展、醫(yī)療技術(shù)水平的提高，外科移植也越來(lái)越成熟，越來(lái)越多的生物醫(yī)用材料被成功地作為外科植入體而移植入患者體內(nèi)。每年有大量的人造髖關(guān)節(jié)、心臟瓣膜、牙根、眼內(nèi)透鏡等移植到患者體內(nèi)，已實(shí)用化的生物醫(yī)用材料幾乎已可以滿(mǎn)足人體所有部位的器官移植。

要滿(mǎn)足在人體(生物體)內(nèi)的安全使用，生物醫(yī)用材料必須滿(mǎn)足嚴(yán)格的生物相容性要求。所謂生物相容性是指生物材料和人體的血液/組織接觸后，在材料-血液/組織界面發(fā)生一系列相互作用后最終被人體所接受的性能，且材料對(duì)人體的正常生理功能無(wú)不良影響、無(wú)毒、無(wú)排異反應(yīng)等。對(duì)于已臨床應(yīng)用的各種生物醫(yī)用材料，在具有良好的體材料特性的同時(shí)，很少能同時(shí)擁有良好的生物相容性。同時(shí)，作為外科移植的醫(yī)用植入材料，還必須具備優(yōu)異的耐體液腐蝕、耐摩擦磨損、良好的力學(xué)性能等綜合性能。如人工關(guān)節(jié)一般設(shè)計(jì)壽命約為20～50年，在臨床治療的應(yīng)用中至少也要長(zhǎng)達(dá)數(shù)年甚至10年以上。人工關(guān)節(jié)1年內(nèi)要反復(fù)承受(1.5～3.5)×10⁶周次、且數(shù)倍于人體體重的負(fù)荷，因此對(duì)植入材料在復(fù)雜應(yīng)力環(huán)境下的結(jié)構(gòu)、性能穩(wěn)定性提出了嚴(yán)格的要求。

在包括生物金屬、生物陶瓷(生物玻璃)、生物醫(yī)用功能高分子、復(fù)合材料等在內(nèi)的諸多生物醫(yī)用材料中，以NiTi形狀記憶合金、T6Al4V合金等為代表的鈦合金，在外科移植治療中的應(yīng)用非常廣泛。但在金屬植入材料的應(yīng)用過(guò)程中，仍存在著許多的問(wèn)題或隱患，對(duì)患者的身體健康，甚至生命安全帶來(lái)威脅。如在伴隨著人體運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的復(fù)雜應(yīng)力的作用下，生物金屬材料容易變形和松動(dòng)；由于摩擦磨損或體液銹蝕引發(fā)的金屬離子釋放，以及不良的組織相容性或血液相容性會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞破壞和凝血等副作用，從而導(dǎo)致外科移植的失敗，甚至危及患者的生命健康。因此，生物醫(yī)用材料或器械的表面改性非常重要。如在NiTi形狀記憶合金中含有大量的Ni元素，而Ni具有很強(qiáng)的細(xì)胞毒性和致癌作用，在人體環(huán)境下將由于Ni離子的析出而造成嚴(yán)重危害；Ti6Al4V合金多作為金屬型髖關(guān)節(jié)假體，但其所含有的鋁和釩元素對(duì)人體細(xì)胞也具有極大的毒性。因此，在鎳鈦(NiTi)合金、Ti6Al4V、鈦鈮鋯錫(Ti24Nb4Zr7.9Sn)等醫(yī)用鈦合金的表面，也必須沉積或涂覆具有良好力學(xué)及生物相容性的改性涂層或薄膜。

發(fā)明內(nèi)容

技術(shù)問(wèn)題：本發(fā)明的目的是針對(duì)作為醫(yī)用植入體的鈦合金在外科移植治療中的摩擦磨損、體液腐蝕，以及生物相容性等問(wèn)題，提供了一種醫(yī)用鈦合金植入材料表面的氮化碳改性薄膜的制備方法，從而提高鈦合金在外科移植治療中的可靠性、安全性。

技術(shù)方案：本發(fā)明提出的氮化碳(CN_x)薄膜，是近年來(lái)才發(fā)現(xiàn)的一種新材料。20世紀(jì)80年代末，科學(xué)家通過(guò)理論預(yù)測(cè)：當(dāng)碳原子取代氮化硅晶格中的硅原子后可形成以亞穩(wěn)態(tài)存在的氮化碳，并具有超過(guò)金剛石的超高硬度。進(jìn)入90年代后，科學(xué)家們利用各種方法進(jìn)行嘗試，終于合成制備得到這種自然界中原來(lái)并不存在的新材料，并逐漸發(fā)掘出其優(yōu)越的力學(xué)、半導(dǎo)體特性、非線(xiàn)性光學(xué)、場(chǎng)致發(fā)射等性能。對(duì)氮化碳(CN_x)的組成及結(jié)構(gòu)分析可發(fā)現(xiàn)，其組成元素僅為碳和氮元素，且化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，與生物體具有天然的相容性，而與目前常用的類(lèi)金剛石(DLC)薄膜、氮化鈦(TiN)薄膜等醫(yī)用改性薄膜相比，在耐摩擦磨損、抗腐蝕等許多方面都具有更為優(yōu)異的性能。但相對(duì)于鈦合金等金屬醫(yī)用植入材料而言，氮化碳(CN_x)屬于無(wú)機(jī)共價(jià)化合物，兩者在彈性模量、膨脹系數(shù)、晶格參數(shù)等各多方面都存在著明顯的差異，如何實(shí)現(xiàn)氮化碳在鈦合金表面的成功沉積和良好結(jié)合，并成功發(fā)揮其良好的生物相容性，則是制約氮化碳(CN_x)在外科移植應(yīng)用中的關(guān)鍵。

在本發(fā)明中，醫(yī)用鈦合金植入材料表面的氮化碳改性薄膜的制備利用直流磁控濺射方法，在鎳鈦合金、Ti6Al4V、鈦鈮鋯錫-Ti24Nb4Zr7.9Sn醫(yī)用鈦合金表面先沉積鈦過(guò)渡層，再濺射具有良好生物醫(yī)用性能的氮化碳改性薄膜。

具體過(guò)程如下：