[發明專利]摻雜微量元素的羥基磷灰石生物活性涂層的制備方法

有效

• 申請號: 201010171780.8
• 申請日: 2010-05-13
• 公開（公告）號: CN101837147A
• 公開（公告）日: 2010-09-22
• 發明（設計）人: 吳方;黃濤;肖嚴峰;甘露;黃毅;劉曉光;顧忠偉
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: A61L27/32
• 分類號: A61L27/32
• 代理公司: 成都虹橋專利事務所 51124
• 代理人: 武森濤

技術領域

本發明屬于生物醫用材料領域，具體涉及一種制備摻雜微量微量元素的羥基磷灰石涂層的方法。

背景技術

羥基磷灰石(Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂)，是骨骼和牙齒最主要的無機成分，具有良好的生物活性和生物相容性，廣泛應用于骨等硬組織修復等方面。傳統羥基磷灰石陶瓷通過燒結制備，得到的塊體脆性大、韌性低，不足以滿足臨床應用要求。以生物醫用金屬作為基底，利用粉末等離子噴涂制備的羥基磷灰石涂層將羥基磷灰石良好的生物活性和生物醫用金屬優良的機械性能很好的結合起來，提高了羥基磷灰石在臨床上的應用。這種羥基磷灰石涂層雖有良好的生物相容性，能與骨組織形成化學鍵合，但涂層的生物活性仍有待于提高，因此制備高生物活性羥基磷灰石涂層是現在主要的研究方向。

解決上述問題有效途徑之一是采取仿生設計手段制備含硅、鎂等微量元素的羥基磷灰石涂層。人骨中主要無機成分除了按照化學計量比的羥基磷灰石(Ca/P＝1.67)，還含有硅、鎂、鋅、鐵、鑭、鍶、氟、碳酸根等微量元素。羥基磷灰石中不同位置的離子均可能被取代；鈣離子容易被鎂、鑭、鐵、鍶、鋅等金屬離子取代；磷酸根離子容易被碳酸根、硅酸根等離子取代；氫氧根離子易被少量的碳酸根、氟等其他離子取代。因此，在制備羥基磷灰石的同時有選擇性的摻雜一些離子從而形成結構上更接近人骨的仿生結構，性能上具有更好生物活性的羥基磷灰石。Carlisle最早在科學(Science)期刊上報道了硅在骨的形成和礦化過程中的關鍵性作用【Carlisle?E?M.Silicon：a?possible?factor?in?bone?calcifcation.Science?167，279-280，1970】。Patel等對純羥基磷灰石和含硅羥基磷灰石的體內對比研究進一步表明在在植入體表面形成含硅羥基磷灰石會顯著提高骨的粘附和生長速率【Patel，N.，Gibson，I.R.，Hing，K.A.，Best，S.M.，Revell，P.A.，Bonfield，W.，A?comparative?study?on?the?in?vivo?behavior?ofhydroxyapatite?and?silicon?substituted?hydroxyapatite?granules，J.Mater.Sci.：Mater.Med.13，1199-1206，2002.】。在成骨過程中鎂的缺失會影響到骨新陳代謝的各個階段，包括導致骨生長的停止、減少造骨細胞和破骨細胞的活性、導致骨的脆性變大【Percival?M，Bone?health?&osteoporosis.Appl.Nutr.Sci.Rep.，1999，5(4)，1.】。所以在羥基磷灰石制備過程中加入硅、鎂等微量元素使其進入晶格對提高羥基磷灰石生物活性具有重要意義。

現制備含硅、鎂等微量元素的羥基磷灰石涂層的主要方法為溶膠-凝膠法和磁控濺射法。溶膠-凝膠法中，首先將有機磷源水解，然后加入硅源、鎂源等微量元素，最后加入鈣源，在一定溫度下熟化一段時間后，將凝膠涂覆到預先處理好的鈦或鈦合金基底表面，再將表面已涂覆凝膠的鈦或鈦合金在一定溫度下烘干，重復涂覆-烘干這一過程，最后將其在一定溫度下燒結得到含硅、鎂等微量元素的羥基磷灰石涂層【Natalia?Hijon，M.Victoria?Cabanas，Juan?Pena，Maria?Vallet-Regi，Dip?coated?silicon-substituted?hydroxyapatite?films.Acta?Biomaterialia2(2006)567-574】。溶膠-凝膠法優點在于能保證羥基磷灰石中添加的微量元素在分子尺度化學均勻性，添加的微量元素能夠順利的進入晶格。但溶膠-凝膠法得到的涂層往往比較薄，多在1微米左右，涂層表面不均勻，且在烘干過程中涂層易開裂，涂層與基底的結合強度也較差，不適合商業化生產，也不能滿足臨床需要。