[發明專利]一種摻雜金屬陶瓷薄膜生物材料、制備方法及其應用

在審

• 申請號: 201710710281.3
• 申請日: 2017-08-18
• 公開（公告）號: CN107587102A
• 公開（公告）日: 2018-01-16
• 發明（設計）人: 冷永祥;鄧喬元;謝東;黃楠
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: C23C14/02
• 分類號: C23C14/02;C23C14/06;C23C14/08;C23C14/32;C23C14/35;A61L27/30;A61L27/04;A61L27/06;A61L27/50
• 代理公司: 成都信博專利代理有限責任公司51200
• 代理人: 王沙沙

技術領域

本發明涉及生物材料領域，具體涉及一種摻雜金屬陶瓷薄膜生物材料、制備方法及其應用。

背景技術

植入患者體內的人工椎間盤、人工關節等醫療器械需要在病患體內服役十年以上，服役過程中植入器械的頭-臼結構相對摩擦運動可達數千萬次；摩擦導致的磨損會產生各種磨屑及金屬離子；進而導致炎癥反應及醫療器械失效；例如：Matevz Topolovec,Andrej C,Ingrid Milos.Metal-on-metal vs.metal-on-polyethylene total hip arthroplasty tribological evaluation of retrieved components and periprosthetic tissue.journal of the mechanical behavior of biomedical materials 34(2014)243–252；通過表面改性的方法來提高植入醫療器械在體內的耐磨損，耐腐蝕的性能，已有相關研究，例如在人工關節摩擦配副表面制備氮化物薄膜(CrN、TiN等)；Ortega-Saenz,M.A.L.Hernandez-Rodrigueza,V.Ventura-Sobrevilla,R.Michalczewski,J.Smolik,M.Szczerek.Wear 271(2011)2125–2131；F.Yildiz,A.F.Yetim,A.Alsaran,I.Efeoglu.Wear 267(2009)695–701；但是形成的氮化物層摩擦系數較大，對關節耐磨損性提高幅度有限。

發明內容

本發明公開一種在體內環境中具有磨損自潤滑功能的摻雜金屬陶瓷薄膜生物材料、制備方法及其應用。

本發明采用的技術方案是：一種摻雜金屬陶瓷薄膜生物材料，摻雜金屬的陶瓷薄膜生物材料中摻雜金屬元素的原子百分比為1％～10％。

進一步的，所述摻雜金屬的陶瓷薄膜為摻雜金屬銅的TiN陶瓷薄膜生物材料Cu-TiN、摻雜金屬銅的TiO₂陶瓷薄膜生物材料Cu-TiO₂、摻雜金屬銅的CrN陶瓷薄膜生物材料Cu-CrN、摻雜金屬銀的TiN陶瓷薄膜生物材料Ag-TiN、摻雜金屬銀的CrN陶瓷薄膜生物材料Ag-CrN、摻雜金屬鎳的TiN陶瓷薄膜生物材料Ni-TiN，摻雜金屬鉻的TiN陶瓷薄膜生物材料Cr-TiN中的一種。

進一步的，所述摻雜金屬的陶瓷薄膜生物材料采用金屬鑲嵌靶通過反應磁控濺射、金屬弧源沉積和離子鍍沉積中的一種方法制備。

進一步的，所述摻雜金屬的陶瓷薄膜生物材料的基體為鈷鉻鉬合金、不銹鋼、鈦合金中的一種。

進一步的，一種摻雜金屬陶瓷薄膜生物材料的制備方法，包括以下步驟：

A、人工器官工件摩擦副表面清洗后置于真空度至少為3×10^-3Pa的真空室中；向真空室中通入氬氣，使真空室氣壓達到0.5～2.0Pa；在工件表面施加800～1000V直流負偏壓，輝光放電形成等離子體；然后對工件表面進行30分鐘濺射清洗，關閉氬氣；向真空室通入氬氣，使真空室氣壓為0.5～2.0Pa，在靶材上施加3A電流，-200V～-500V電壓，對金屬鑲嵌靶材進行20分鐘濺射清洗，之后關閉偏壓源，關閉氬氣；

B、繼續向真空室中通入含氬氣體，使真空室氣壓達到0.5～2.0Pa；工件上施加-10～-100V的偏壓，開啟濺射電源，金屬鑲嵌靶濺射平均功率為1W/cm²～3W/cm²，在基體工件表面既得摻金屬的陶瓷薄膜生物材料。

進一步的，所述摻雜金屬陶瓷薄膜生物材料用于人工器官摩擦副在體內環境中的磨損自潤滑。

進一步的，所述摻雜金屬陶瓷薄膜生物材料在人工器官摩擦副在體內環境中促進摩擦界面形成蛋白生物膜，進一步轉化為石墨潤滑層。

進一步的，所述摻雜金屬陶瓷薄膜生物材料在人工器官摩擦副在體內環境中可增加材料的耐磨損性。

進一步的，所述摻雜金屬陶瓷薄膜生物材料在人工器官摩擦副在體內環境中提高人工器官的服役壽命。

本發明的有益效果是：

(1)本發明制備的摻雜金屬的陶瓷薄膜生物材料降低了陶瓷薄膜生物材料摩擦配副之間的摩擦系數，增加了陶瓷薄膜生物材料的改性人工器官摩擦配副的耐磨損性；

(2)本發明制備的摻雜金屬陶瓷薄膜生物材料可用于不同材料的表面改性；