[發(fā)明專利]一種鈦鉬鋯系亞穩(wěn)β鈦合金表面改性方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110398096.1
• 申請日: 2021-04-14
• 公開（公告）號: CN113106435B
• 公開（公告）日: 2021-11-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 郭志君;蔡變云;孫純純;徐歡;沈?qū)汖?/a>
• 申請（專利權(quán)）人: 中國礦業(yè)大學(xué)
• 主分類號: C23C22/78
• 分類號: C23C22/78;C23C22/08;C23F1/26;A61L27/32;A61L27/06;A61K6/838
• 代理公司: 北京東方盛凡知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11562
• 代理人: 賈耀淇

本發(fā)明公開了一種鈦鉬鋯系亞穩(wěn)β鈦合金表面改性方法，涉及醫(yī)用金屬材料表面功能化改性技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明首先將鈦鉬鋯系亞穩(wěn)β鈦合金進(jìn)行酸蝕處理，然后置于H₂O₂和H₃PO₄的混合水溶液中進(jìn)行水熱反應(yīng)，通過控制反應(yīng)條件最終制備得到表面改性的鈦鉬鋯系亞穩(wěn)β鈦合金。本發(fā)明成功的將骨主要無機(jī)成分P元素?fù)饺隩i?Zr?Mo系合金中，使得制備得到的鈦合金材料兼具低彈性模量和高表面生物活性，且無生物毒害元素，在臨床口腔修復(fù)、種植、正畸、硬組織修復(fù)等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及醫(yī)用金屬材料表面功能化改性技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種鈦鉬鋯系亞穩(wěn)β鈦合金表面改性方法。

背景技術(shù)

鈦及鈦合金因具質(zhì)輕、耐腐蝕性好、生物相容性佳等優(yōu)勢使其廣泛應(yīng)用于臨床口腔種植領(lǐng)域，但因其彈性模量(110GPa)遠(yuǎn)高于人體頜骨(10-30GPa)，易引起長期“應(yīng)力屏蔽和應(yīng)力刺激(Stress shielding effect)”，造成種植體根部周圍骨組織吸收或萎縮；此外，鈦合金中含Ni、Al、V等有害元素易引起細(xì)胞和組織毒性，導(dǎo)致器官損傷、骨軟化、貧血和神經(jīng)紊亂等并發(fā)癥，以上因素均使其臨床短期(5-10年)修復(fù)效果顯著但遠(yuǎn)期療效不佳。

目前，國內(nèi)外學(xué)者相繼先后探索開發(fā)出彈性模量較低的新一代β型鈦合金，如Ti-Nb-Zr-Ta-Fe-Si、Ti-Al-V-Cr-Mo-Zr、Ti-Mo-Nb-Zr、Ti-Nb-Ta-Zr和Ti-V-Cr-Al等系列，然而多數(shù)體系中合金元素種類過多且含生物毒害元素Al、V和Ni等，不僅使合金微觀形成機(jī)制和宏觀性能研究復(fù)雜化，其對人體的生物安全性也受到諸多質(zhì)疑[Materials Science andEngineering:A2016,665:154-160,Journal of the Mechanical Behavior ofBiomedical Materials 2017,71:329-336,Materials Science and Engineering:C2016,60:230-238]。因此，需要在低彈性模量的基礎(chǔ)上進(jìn)一步保證醫(yī)用鈦合金材料無生物毒性元素。近30年臨床跟蹤研究表明Zr元素生物相容性好，無細(xì)胞毒性，悉尼大學(xué)ColinDunstan團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)Zr離子可通過上調(diào)骨形態(tài)發(fā)生蛋白(BMP-2)的信號表達(dá)，促進(jìn)人成骨細(xì)胞的增殖與分化，呈現(xiàn)優(yōu)異的促骨整合能力[Plos One 2015,10(1):e0113426]；Mo是人體必需微量元素之一，適量添加Mo可大幅提高生物醫(yī)用合金的機(jī)械性能、生物相容性、抗腐蝕性能[Acta Biomaterialia 2009,5(1):399-405,Journal of Materials Science:Materials in Medicine 2007,18(1):149-154.]。

同時，天然骨小梁具有微/納多級結(jié)構(gòu)(無機(jī)成分為Ca和P)，其細(xì)胞外基質(zhì)(ECM)亦是由納米纖維、孔隙及隆起組成的微/納共存結(jié)構(gòu)。根據(jù)仿生學(xué)原理，對種植體改性處理而獲得結(jié)構(gòu)和成分均類似于天然骨的表面，是近年來鈦基生物材料研究的熱點(diǎn)之一，常見的活化改性方式有：表面生物和化學(xué)分子修飾、表面刻蝕、噴涂納米羥基磷灰石涂層等[BioMed research international 2015,2015:791725,陳岑.鈦表面構(gòu)建生物活性分子與類骨磷灰石復(fù)合功能涂層.華中科技大學(xué),2013.]。然而，將骨主要無機(jī)成分P元素?fù)饺耄M(jìn)而在Ti-Zr-Mo系合金種植體表面制備出具有微米納米多尺度磷酸鈦結(jié)構(gòu)涂層，目前的制備技術(shù)尚無法實(shí)現(xiàn)。

針對上述現(xiàn)狀，提供一種具有微米-納米多尺度、多種形貌結(jié)構(gòu)表面的低彈性模量含磷鈦合金材料，對于解決傳統(tǒng)鈦合金種植體與骨組織界面牢固結(jié)合和力學(xué)匹配以及牙種植體長期植入穩(wěn)定性問題具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種鈦鉬鋯系亞穩(wěn)β鈦合金表面改性方法，以解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，使鈦鉬鋯系亞穩(wěn)β鈦合金表面不僅具有微米-納米多尺度、多形貌的表面形貌，且該表面多級結(jié)構(gòu)上具有人體骨主要無機(jī)成分磷元素，同時材料具有較低的彈性模量、無生物毒害元素。