[發(fā)明專利]一種鈦表面多孔結(jié)構(gòu)層生物活性陶瓷膜的制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710993603.X
• 申請(qǐng)日: 2017-10-23
• 公開（公告）號(hào): CN107812946A
• 公開（公告）日: 2018-03-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 沈小利;牛會(huì)梅
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 寶雞市銘坤有色金屬有限公司
• 主分類號(hào): B22F3/11
• 分類號(hào): B22F3/11;B22F3/24;C25D11/26;C25D9/06;A61L27/06;A61L27/30;A61L27/32;A61L27/56;A61L27/50
• 代理公司: 西安弘理專利事務(wù)所61214
• 代理人: 談耀文

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于生物醫(yī)用植入體技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種鈦表面多孔結(jié)構(gòu)層生物活性陶瓷膜的制備方法。

背景技術(shù)

以鈦(包括純鈦和鈦合金)作為基體材質(zhì)制備生物醫(yī)用植入體技術(shù)已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，但將純鈦或鈦合金材質(zhì)植入體不做表面處理直接植入生物體后，植入體與周圍骨組織的結(jié)合形式主要是機(jī)械嵌合，即植入體與周圍骨組織只能是在宏觀層面的結(jié)合，微觀上植入體不平整的表面與骨組織不平整的表面只是在局部區(qū)域結(jié)合，由于純鈦或鈦合金表面的彈性模量與骨組織的彈性模量不一致，這就會(huì)導(dǎo)致在結(jié)合處產(chǎn)生應(yīng)力集中，對(duì)植入體和骨組織均會(huì)產(chǎn)生破壞作用導(dǎo)致植入失敗。

為了解決這一問題，人們?cè)谥踩塍w表面沉積生物活性層，誘導(dǎo)骨生長(zhǎng)從而使骨組織與植入體在微觀層面實(shí)現(xiàn)緊密結(jié)合。目前，廣泛采用的技術(shù)是在植入體表面沉積生物活性物質(zhì)羥基磷灰石(HA)層。這一技術(shù)存在如下問題：在植入初期，骨組織還未能與植入體形成微觀結(jié)合，而純鈦或鈦合金表面的彈性模量與骨組織的彈性模量不一致，即應(yīng)力集中的問題依然存在，應(yīng)力的作用會(huì)導(dǎo)致骨組織的慢性疲勞。另外，應(yīng)力還會(huì)使生物活性層發(fā)生崩解，崩解的生物活性層顆粒在植入體周圍積聚后，可激發(fā)各種吞噬細(xì)胞反應(yīng)，吞噬細(xì)胞吞噬顆粒后，可分泌多種與骨吸收有關(guān)的細(xì)胞因子和炎性介質(zhì)，刺激破壞骨細(xì)胞進(jìn)行骨吸收，導(dǎo)致植入體松動(dòng)，而松動(dòng)的植入體又加劇了生物活性層的崩解，形成惡性循環(huán)。盡管可以在植入初期使植入體不承受載荷直到骨組織生長(zhǎng)與植入體形成微觀結(jié)合，這一時(shí)期即臨床上的無(wú)負(fù)荷期，但比較長(zhǎng)的無(wú)負(fù)荷期會(huì)增加病患的痛苦。

為此，人們通過(guò)粉末冶金法等技術(shù)制備多孔結(jié)構(gòu)的植入體，即鈦或鈦合金植入體本身具有多微小的孔結(jié)構(gòu)，這會(huì)降低植入體表面的彈性模量，進(jìn)而減小應(yīng)力集中發(fā)生的可能性。但這種方案也帶來(lái)如下問題：多孔植入體內(nèi)部的孔結(jié)構(gòu)內(nèi)表面難以加工形成氧化膜，而在體液和負(fù)載條件下，純鈦或鈦的合金的耐腐蝕性較差，腐蝕比較嚴(yán)重，容易向肌體釋放金屬離子，對(duì)受體的健康造成不利影響；另外，多孔結(jié)構(gòu)植入體本身的強(qiáng)度還是要低于實(shí)體結(jié)構(gòu)植入體的強(qiáng)度，這不利于植入體長(zhǎng)時(shí)間承受載荷。從這一點(diǎn)來(lái)看，實(shí)體結(jié)構(gòu)的植入體還是比較好的選擇，但是實(shí)體結(jié)構(gòu)植入體存在的表面彈性模量高的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種鈦表面多孔結(jié)構(gòu)層生物活性陶瓷膜的制備方法，解決了現(xiàn)有的實(shí)體結(jié)構(gòu)植入體存在的表面彈性模量高的問題。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，一種鈦表面多孔結(jié)構(gòu)層生物活性陶瓷膜的制備方法，具體包括以下步驟：

步驟1、利用粉末冶金法在鈦或鈦合金植入體基體表面制備多孔結(jié)構(gòu)層；

步驟2、在經(jīng)步驟1得到的多孔結(jié)構(gòu)層的孔表面形成含鈣和磷的二氧化鈦膜；

步驟3、在經(jīng)步驟2得到的多孔結(jié)構(gòu)層的孔外表面上制備羥基磷灰石層，得到鈦表面多孔結(jié)構(gòu)層生物活性陶瓷膜。

本發(fā)明的特點(diǎn)還在于，

步驟1的具體步驟如下：

步驟a、將鈦粉與粘結(jié)劑充分混合，得到混合物A，將尿素顆粒加入混合物A中，得到混合物B；

步驟b、將混合物B在壓力為100MPa～250MPa下，進(jìn)行粉末單向壓制成坯，壓坯在真空度保持在10^-2～10^-3Pa的真空爐中進(jìn)行熱處理，即在植入體基體表面形成多孔結(jié)構(gòu)層；

步驟b的熱處理過(guò)程包括去除尿素和粉末燒結(jié)兩個(gè)過(guò)程；去除尿素時(shí)，加熱溫度需控制在200℃～450℃，加熱時(shí)間為4h～6h；粉末燒結(jié)過(guò)程中，粉末燒結(jié)溫度為1250℃～1300℃，燒結(jié)時(shí)間為3h～5h。

步驟a中：鈦粉為純鈦或鈦合金粉，鈦粉細(xì)度為37μm～68μm；粘結(jié)劑為聚乙二醇200、無(wú)水乙醇或甲苯。

步驟a中：尿素顆粒與混合物的體積分?jǐn)?shù)之比為30％～80％∶70％～20％，總量為100％，尿素顆粒的直徑為200μm～2mm；尿素顆粒采用1∶5～15的水和無(wú)水乙醇的混合溶液中溶解，尿素顆粒與混合物A的體積比為1∶5～10；控制尿素顆粒的溶解時(shí)間在2～10min，使尿素顆粒溶解逐漸變小，再過(guò)濾和干燥。

步驟2的具體步驟如下：

步驟A、將磷酸、二氧化鈦溶膠和鈣鹽依次加入到乙二醇中，攪拌均勻后靜止放置20min～40min，得到電解液；

步驟B、在步驟1的電解液中以NiTi合金為正極、不銹鋼為負(fù)極，在電流密度為1A/dm²～20A/dm²、電壓120V～280V、溫度為0℃～10℃條件下對(duì)多孔結(jié)構(gòu)層的孔表面進(jìn)行微弧氧化，微弧氧化時(shí)間為2min～10min。