[發明專利]一種兼具良好生物相容性和光熱轉換效果的氧化鉭涂層及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 201810135601.1
• 申請日: 2018-02-09
• 公開（公告）號: CN110129712A
• 公開（公告）日: 2019-08-16
• 發明（設計）人: 謝有桃;丁玎;李愷;黃利平;趙君;鄭學斌
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海硅酸鹽研究所
• 主分類號: C23C4/134
• 分類號: C23C4/134;C23C4/11;A61L27/30
• 代理公司: 上海瀚橋專利代理事務所(普通合伙) 31261
• 代理人: 曹芳玲;熊子君

本發明涉及一種兼具良好生物相容性和光熱轉換效果的氧化鉭涂層及其制備方法和應用。所述氧化鉭涂層是由Ta₂O₅粉末采用等離子噴涂方法噴涂而成。上述氧化鉭涂層具有較強的促成骨分化能力、良好的生物相容性和光熱轉換性能。

技術領域

本發明涉及一種兼具良好生物相容性和光熱轉換效果的氧化鉭涂層及其制備方法和應用。具體而言，是涉及一種采用等離子噴涂技術噴涂而成的氧化鉭涂層及其制備方法，屬于醫用生物涂層技術領域。

背景技術

由于人口老齡化、骨腫瘤、骨畸形以及交通事故等原因，金屬骨植入材料在臨床上得到了廣泛應用，如鈦全關節替代材料等。鉭具有良好的抗蝕性以及促進骨再生功能，作為骨植入材料受到人們的廣泛關注。

鉭具有良好的生物相容性，鉭金屬表面致密的自然氧化層扮演著重要的角色。這層自然氧化層相對氧化鈦更穩定，氧化鉭層的存在阻止了電子的轉移，進而阻止了化學反應的發生。這層穩定的氧化層對其生物學性能起決定性作用。氧化鉭的結構非常復雜，存在多種相結構。其結構和成分的改變，極大的影響其性能。

中國專利申請201380017403.0公開了在納米結構或納米架構表面形成Ta₂O₅涂層以增強成骨能力。但是該涂層并不具備光熱轉換效果。

發明內容

鑒于上述問題，本發明的目的在于提供一種促體外成骨性能和光熱性能良好的氧化鉭涂層及其制備方法和應用。

第一方面，本發明提供一種促體外成骨和光熱性能良好的氧化鉭涂層，所述氧化鉭涂層是由Ta₂O₅粉末采用等離子噴涂方法噴涂而成。

上述氧化鉭涂層具有較強的促成骨分化能力、良好的生物相容性和光熱轉換性能。具體而言，Ta₂O₅在等離子噴涂過程中容易產生缺氧結構，導致富余電子向Ta⁵⁺轉移，生成低價態的Ta離子，并發生晶格弛豫和晶格扭曲，同時氧空位在禁帶中生成了缺陷能級，導致涂層禁帶寬度降低，吸光度增加。一方面，等離子噴涂的氧化鉭表面具有優良的化學惰性，且其特有的微米結構可以促進成骨細胞的粘附、分化，可以促進其在生物體內的快速骨鍵合。另一方面，等離子噴涂的氧化鉭中氧空位產生的缺陷能級會導致禁帶寬度降低，能夠更加有效地實現光生載流子的分離輸運，光吸收能力明顯較強，因此可以作為光熱試劑用于腫瘤的光熱治療。

較佳地，所述涂層形成于基材上，所述基材為醫用金屬材料，優選為鈦、不銹鋼、或鈷鉻鉬合金。

較佳地，所述等離子噴涂方法為大氣等離子噴涂或真空等離子噴涂。

較佳地，所述氧化鉭涂層的厚度為20～300μm。

如上所述，Ta₂O₅在等離子噴涂過程中容易產生缺氧結構，導致富余電子向Ta⁵⁺轉移，生成低價態的Ta離子，并發生晶格弛豫和晶格扭曲，同時氧空位在禁帶中生成了缺陷能級，導致涂層禁帶寬度降低，吸光度增加，因此所述氧化鉭涂層可呈黑色。

第二方面，本發明提供一種上述氧化鉭涂層的制備方法，由Ta₂O₅粉末采用大氣等離子噴涂方法在基材上噴涂而制得所述氧化鉭涂層，其中，大氣等離子噴涂的工藝條件如下：等離子體氣體Ar流量為30～50slpm；等離子體氣體H₂流量為6～18slpm；噴涂距離為80～200mm；噴涂功率為30～55kW；送粉速率為8.0～30g/min。