[發明專利]一種梯度多孔生物活性陶瓷涂層材料及其制備方法

有效

• 申請號: 202110868496.4
• 申請日: 2021-07-30
• 公開（公告）號: CN113730654B
• 公開（公告）日: 2022-06-10
• 發明（設計）人: 劉德福;鄧子鑫;潘治貴;米航彪
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: A61L27/30
• 分類號: A61L27/30;A61L27/32;A61L27/56;A61L27/54;A61L27/50;A61L27/06;C23C26/00;C23C24/10
• 代理公司: 長沙朕揚知識產權代理事務所(普通合伙) 43213
• 代理人: 周孝湖

本發明公開了一種梯度多孔生物活性陶瓷涂層材料及其制備方法，該涂層材料包括鈦基體和覆在鈦基體表面的梯度多孔生物活性陶瓷涂層，梯度多孔生物活性陶瓷涂層從內至外，依次包括Ag阻擋層、羥基磷灰石/Ag復合過渡層、羥基磷灰石生物陶瓷層，羥基磷灰石生物陶瓷層為多孔結構。該梯度多孔生物活性陶瓷涂層材料中的羥基磷灰石生物陶瓷層具有多孔結構，涂層材料表面與宿主骨組織在結構上十分相似，具有更好的生物學性能；涂層材料表面的孔隙有助于蛋白質吸收和成骨細胞附著，也有助于體液環境中的離子交換、降解和HA沉積，對新生骨的形成以及良好的骨性結合有促進作用。

技術領域

本發明涉及生物活性陶瓷材料技術領域，具體而言，涉及一種梯度多孔生物活性陶瓷涂層材料及其制備方法。

背景技術

鈦(Ti)及其合金具有優異的生物相容性、優良的生物力學性能、良好的抗腐蝕性能以及優秀的成形和加工性能，已成為人工關節的首選材料。骨植入人工關節柄表面的生物陶瓷涂層應具有良好的生物活性和骨誘導能力，通過加入成孔劑并結合激光熔覆手段能進一步提高涂層的成骨性能和生物活性，增加人工關節柄的服役時間和穩定性。

羥基磷灰石(Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂，HA)是一種生物活性陶瓷材料，也是骨骼的主要無機成分，與骨組織之間具有優異的親和性，且具有骨誘導性和骨傳導性，可以與活體骨組織形成化學鍵骨性結合。體外試驗和臨床研究證明，經HA表面涂層處理的人工關節植入體內后，周圍骨組織能很快與HA的鈣、磷離子形成化學鍵，在其表面誘導骨細胞的粘附和增殖，形成牢固的化學鍵結合，起到良好的生物固定作用。

目前，HA生物活性陶瓷已經廣泛應用于醫療領域，常在骨科和牙科中作為骨替代材料。但是，HA本身脆性高、斷裂韌性差，使得其難以單獨作為整體植入物。因此，結合激光熔覆技術制備多孔生物陶瓷涂層，是提高鈦基材料表面生物陶瓷涂層生物活性，增強其成骨性能的有效方法。

然而，陶瓷與鈦基材料的線膨脹系數、熔點等熱物性參數相差較大，極易在鈦基材料和陶瓷涂層之間產生較大的熱應力，進而在陶瓷涂層與鈦基材料的界面上及陶瓷涂層內部引發裂紋，導致界面結合強度降低，甚至造成陶瓷涂層在臨床使用中脫落。

專利文獻CN113088958A公開了一種梯度復合生物活性陶瓷涂層材料及其制備方法，該生物活性陶瓷涂層材料的涂層從下至上，依次包括Ag層、HA/Ag復合層、HA層。該梯度復合生物活性陶瓷涂層材料中，涂層的組成和結構從基體到表面連續變化，涂層內熱膨脹系數具有一定的梯度分布，很好地解決了陶瓷涂層與鈦基材料的界面上及陶瓷涂層內部容易出現裂紋，界面結合強度低的問題，且該涂層材料具有較高的生物活性。

但是，上述的涂層材料表面與骨組織在結構上的相似性較低，其在生物學性能、與骨組織的結合以及促進新生骨的形成等方面的性能，仍然有待進一步提高。

發明內容

本發明的主要目的在于提供一種梯度多孔生物活性陶瓷涂層材料及其制備方法，該涂層材料的表面具有多孔結構，具有良好的生物學性能，涂層材料與骨組織結合良好，能夠促進涂層材料與新生骨的骨性結合。

為了實現上述目的，根據本發明的一個方面，提供了一種梯度多孔生物活性陶瓷涂層材料，包括鈦基體和覆在鈦基體表面的梯度多孔生物活性陶瓷涂層，梯度多孔生物活性陶瓷涂層從內至外，依次包括Ag阻擋層、羥基磷灰石/Ag復合過渡層、羥基磷灰石生物陶瓷層，羥基磷灰石生物陶瓷層為多孔結構。

本發明依據梯度設計原理，通過對涂層成分和微觀結構的梯度設計，并在涂層材料的表面形成一層具有多孔結構的羥基磷灰石生物陶瓷層，該具有多孔結構的生物陶瓷涂層與宿主骨組織在結構上十分相似，使得其具有更好的生物學性能；涂層材料表面的孔隙有助于蛋白質吸收和成骨細胞附著，孔隙具有的大比表面積也有助于體液環境中的離子交換、降解和HA沉積，對新生骨的形成以及良好的骨性結合有促進作用。該涂層材料不僅具有良好的生物學性能，而且涂層材料與骨組織結合良好，能夠促進涂層材料與新生骨的骨性結合。