[發明專利]一種制備羥基磷灰石涂層的陽極原位電化學法

有效

• 申請號: 201210032099.4
• 申請日: 2012-02-14
• 公開（公告）號: CN102560590A
• 公開（公告）日: 2012-07-11
• 發明（設計）人: 趙雪妮;李賀軍;任威;雷靜
• 申請（專利權）人: 陜西科技大學
• 主分類號: C25D9/06
• 分類號: C25D9/06;A61L27/32
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 陸萬壽

技術領域

本發明屬于生物活性陶瓷羥基磷灰石(HA)涂層的制備領域，具體涉及一種制備羥基磷灰石涂層的陽極原位電化學法。

背景技術

碳/碳(C/C)復合材料是國際新材料領域重點發展的一種新型結構材料，兼具功能和結構特性，綜合性能優異。同時，C/C具有優良的生物相容性，在生物體內穩定、不被腐蝕；良好的生物力學相容性，與骨的彈性模量十分接近；其強度高、耐疲勞、韌性好、密度小，具有一定的假塑性，微孔有利于組織生長。因此C/C作為骨修復和骨替代材料，極具應用前景。但C/C復合材料為生物惰性材料，表面疏水，不具有傳導或誘導骨組織再生功能，為了使C/C復合材料具有一定的生物活性，必須對其進行表面改性，制備生物涂層。

磷酸鈣系列陶瓷具有良好的生物相容性和生物活性，已經成功地被應用于臨床。尤其是HA備受關注。在C/C表面涂覆具有生物活性的磷酸鈣陶瓷可賦予硬組織生物材料良好的力學性能和合適的生物性能，近年來得到廣泛研究。現有的涂層方法包括等離子噴涂法、激光覆熔法、粉漿涂層燒結法、溶膠凝膠法、電泳法、電化學沉積法等。

其中電化學沉積技術屬非線性工藝，具有較多可控工藝參數來控制涂層的厚度、化學組成、結構和孔隙率，生產成本低，工藝簡單、易于操作。采用電化學沉積法制備HA涂層的工藝條件、形貌等如下表所示。

總結起來有以下不足：(1)基體作為陰極電沉積HA涂層時，因水的電解反應在陰極附近生成氫氣泡，使得所制備的涂層疏松，與基體之間的結合強度不高；(2)基體作為陽極，在含有鈣磷離子的堿性電解液中電沉積HA涂層時，所制備的HA形貌單一，可控性差；(3)基體作為陽極或陰極電沉積時，涂層厚度較小(＜19μm)。這些不足制約了電化學沉積法制備HA涂層的進一步發展。

發明內容

本發明的目的在于提供一種制備羥基磷灰石涂層的陽極原位電化學法，能夠解決陰極電化學法沉積過程中因氫氣泡所產生的涂層與基體的結合強度不高的缺陷，同時獲得形貌多樣化、可控的HA涂層。

為達到上述目的，本發明采用的技術方案是：

步驟1：預處理生物醫用植入體試樣：

首先取生物醫用植入體將其加工成薄片后打磨平整，依次用自來水、丙酮、乙醇、蒸餾水超聲清洗15-30min，空氣中晾干；

步驟2：采用陰極電化學沉積法或超聲輔助陰極電化學沉積法制備HA的前軀體-CaHPO₄·2H₂O(DCPD)涂層：

將預處理后的生物醫用植入體試樣和片狀石墨電極置于NH₄H₂PO₄和Ca(NO₃)₂混合液所組成的電解液中，其中NH₄H₂PO₄濃度為(2.00～2.50)×10^-2mol/L，且電解液中的鈣與磷濃度比為1.67，調節電解液的pH為4.5～4.8，以預處理后的生物醫用植入體試樣為陰極，以片狀石墨電極為陽極，采用陰極電化學沉積法或超聲輔助陰極電化學沉積法在預處理后的生物醫用植入體試樣表面制備DCPD涂層，陰極電化學沉積法的工藝參數為：溫度為50～60℃，沉積時間為60～120min，電流密度為1.6～3.0mA/cm²；超聲輔助陰極電化學沉積法的工藝參數為：溫度為50～60℃，沉積時間為60～120min，電流密度為1.6～3.0mA/cm²，超聲波頻率為25～60KHz，超聲波的功率為100W；

步驟3，干燥具有DCPD涂層的生物醫用植入體試樣；在60～120℃干燥24～48小時；

步驟4，HA涂層的制備；以干燥后的具有DCPD涂層的生物醫用植入體試樣為陽極，以片狀石墨電極為陰極，將其置于堿溶液中，采用陽極原位電化學法制備HA涂層，制備時工藝參數為：堿性水溶液的溫度為80～100℃，電流密度為1.6～10.0mA/cm²，制備時間為120～240min。

所述的生物醫用植入體為C/C復合材料、鈦及其合金、不銹鋼或鎂基合金。

所述的堿溶液為0.5～2.0mol/L的NaOH或NH₃·H₂O的水溶液。