[發明專利]一種表面雙層涂層的鋁合金及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201710929610.3
• 申請日: 2017-10-09
• 公開（公告）號: CN107829123B
• 公開（公告）日: 2020-05-12
• 發明（設計）人: 王懷雨;劉涵霞;朱劍豪
• 申請（專利權）人: 深圳市中科摩方科技有限公司
• 主分類號: C25D11/06
• 分類號: C25D11/06;A61L27/50;A61L27/30;A61L27/04
• 代理公司: 廣州嘉權專利商標事務所有限公司 44205
• 代理人: 薛建強

本發明公開了一種表面雙層涂層的鋁合金及其制備方法和應用。具體而言，本發明通過微弧氧化法在鋁合金表面生成雙層涂層，同時賦予涂層不同的金屬元素，改變鋁合金表面結構和物理化學性能，同時抑制率離子的釋放；并且這種涂層還能改善鋁合金表面的生物活性，使其在修復骨缺損的同時也促進新骨再生的功能，同時能抵抗植入物細菌感染，減緩炎癥反應；獲得理想的醫用功效。并且鋁合金質量輕，強度高，接近或超過優質鋼，塑性好，可加工成各種型材，具有優良的導電性、導熱性和抗蝕性。并且基于微弧氧化的元素摻雜涂層制備方法簡單，成本低，加上鋁合金材料成本低廉，可批量生產，利于工業生產。因此，這種改性后的植入材料在生物醫用領域具有廣闊的應用前景。

技術領域

本發明涉及一種表面改性的鋁合金，尤其涉及一種表面雙層涂層的鋁合金及其制備方法和其在生物醫用領域的應用。

背景技術

隨著臨床醫學和材料科學的不斷發展，新的醫用金屬植入材料不斷應用于臨床，特別在骨科領域中，作為骨內金屬植入體和硬組織修復材料的接骨板、髓內針、釘-棒系統以及人工關節假體等等醫用金屬植入材料得到了廣泛的臨床應用。但是對于生物有機體而言，醫用金屬植入材料畢竟還是異物，在物理和化學性能方面與體內環境還存在著巨大的區別。因此，提高醫用金屬植入材料的生物相容性依舊是我們研究的主題，讓植入體能夠與周圍的骨組織形成穩定的生物結合。

臨床上目前用于外科植入假體和醫用矯形器械材料的產品主要是不銹鋼產品、鈷合金材料產品、鈦合金材料產品等三大系列產品[1]。雖然醫用不銹鋼(Stainless Steelas Biomedical Material)擁有良好的機械特性，很適合作為內植材料，但目前還并未完全解決其在體內容易腐蝕的問題，只適合于作為暫時性的內植物材料，而不宜長期植入[2]。與不銹鋼材料相比，鈷合金具有更穩定的純化膜和更好的耐腐蝕性，并具有較強的耐磨損性，更適于長期應用于體內的高應力部位[3]。骨科臨床上所使用的人工關節假體上，耐磨損部件多采用此材料制造。但是由于鈷合金價格較貴，并且鈷合金制作的人工髖關節由于金屬磨損腐蝕造成Co、Ni等離子溶出，在體內的松動率較高，析出的Co、Ni元素又存在著嚴重致敏性等生物學問題[2]，在體內容易引起細胞和組織壞死，從而導致患者疼痛以及關節的松動、下沉，應用受到一定的限制。具有相對較低的材料密度、兼具有比強度高、彈性模量低、耐腐蝕、卓越的生物相容性等優點的鈦合金材料[4-5]在臨床應用研究遠遠超過前兩者。然而醫用鈦合金的彈性模量(55-120GPa)比人體皮質骨(17GPa)高出了2-6倍，這也導致了它在植入骨缺損部位后會由于對毗鄰骨組織的應力屏蔽效應(stress shieldingeffect)而不利于植入物與骨組織界面附近的新骨生長，并且鈦合金的成本也不低廉。越來越多的新型合金植入材料正在被開發研究，如形狀記憶合金植入材料[6]和純金屬鉭、鈮、鋯[7]。

同時，近年來這些醫用合金植入材料的表面改性工藝是不斷發展的，微弧氧化(Microarc oxidation，MAO)[8]就是其中一種不斷完善的表面處理技術，這種技術又稱微等離子體氧化(Microplasma oxidation,MPO)，是通過電解液與相應電參數的組合，在鋁、鎂、鈦及其合金表面依靠弧光放電產生的瞬時高溫高壓作用，生長出以基體金屬氧化物為主的陶瓷膜層。具有材料表面硬度高、耐磨性能好、工藝可靠、設備簡單、操作方便等特點。這種工藝過程中加入的鈣、鐵和鋅等均是人體重要的微量元素，其有助于細胞增殖分化及有關酶系統發揮其功能活性，加速骨的形成和鈣化，從而促進骨折愈合[9]；同時，鋅還具有抑菌性能[10]。

醫用合金植入材料在使用過程中特別容易出現以下三個問題：①合金材料中的微量元素的析出導致的潛在細胞生物毒性及組織器官的損傷；②隨著使用年限的增加，潛在的關節假體材料的表面金屬磨削導致的局部炎癥反應；③植入材料的相關感染的風險，細菌生物膜的形成等等導致假體的松動等等。而植入物相關感染對外科醫生來說，尤為棘手，一旦出現，便會導致災難性后果。

參考文獻