[發明專利]鈦合金減磨涂層的制備方法、鈦合金構件及應用

有效

• 申請號: 202211257158.8
• 申請日: 2022-10-12
• 公開（公告）號: CN115607735B
• 公開（公告）日: 2023-07-25
• 發明（設計）人: 金強;蔡濤;陳煥毅;矯程程;阮欣欣;虞錦洪;江南
• 申請（專利權）人: 富地潤滑科技股份有限公司;寧波杭州灣新材料研究院;中國科學院寧波材料技術與工程研究所
• 主分類號: A61L27/30
• 分類號: A61L27/30;A61L27/34;A61L27/06;A61L27/50;A61F2/30
• 代理公司: 南京利豐知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 32256
• 代理人: 王鋒

本發明公開了一種鈦合金減磨涂層的制備方法、鈦合金構件及應用。所述制備方法包括：提供表面羥基化的鈦合金基材以及氨基化的金剛石納米片；使包含多個磷酸基和/或羧基的絡合劑與所述鈦合金基材表面進行配合反應，形成絡合層；使金剛石納米片與絡合層表面進行自組裝反應，形成金剛石層。本發明所提供的制備方法及其應用通過一種高效的新化學自組裝方法，成功在鈦合金表面沉積厚度均勻且致密的納米級金剛石層，其結合力優良，摩擦壽命長；本發明所提供的潤滑系統模擬人體關節處的潤滑機制，降低了鈦合金的摩擦系數，并大幅度的降低了磨損；并且，本發明所提供的鈦合金構件以及蠶絲蛋白潤滑液具有優良的生物相容性，非常適用于人工關節領域。

技術領域

本發明涉及表面潤滑技術領域以及生物醫用材料技術領域，尤其涉及一種鈦合金減磨涂層的制備方法、鈦合金構件及應用。

背景技術

各類現有技術和應用場景中，摩擦是隨處可見的現象，如何降低摩擦損耗、提高磨損壽命，一直是人們熱點研究的課題。

例如，在人工關節的應用領域中，由于人體關節具有靈活性的同時可以承受住一定負荷，這依賴于軟骨和滑膜液組成的潤滑系統，滑膜液中的多糖、蛋白質和脂質組裝成刷狀納米纖維復合物，可以選擇性地識別并結合到軟骨表面，從而通過水合潤滑提供良好的摩擦性能。

軟骨的退行性變或創傷會誘發不同的關節疾病，如骨關節炎。在最壞的情況下，當關節嚴重受損時，需要進行手術，其中關節置換術是恢復關節功能最有效的方法之一。

一些現有技術中，關節假體常用的材料是金屬對聚乙烯，其摩擦系數較低。然而，聚乙烯很容易磨損，且碎片會導致骨溶解。金屬對金屬軸承很有吸引力，因為它們比金屬對聚乙烯軸承的磨損更小，但值得注意的是，在所有的金屬生物材料中，鈦合金是唯一一種能夠與骨結合的材料系統。

鈦合金由于其良好的生物相容性、優良的機械性能、高強度重量比和高耐腐蝕性，在生物醫學領域得到了廣泛的應用。到目前為止，它仍然是用于人工關節的最佳材料之一。然而，其較差的摩擦學性能和有限的表面潤濕性阻礙了鈦合金人工關節的可靠性和耐久性，從而限制了其臨床應用。

人工關節假體在長期使用中伴隨著磨損，不同假體材料產生的磨屑(如金屬、聚乙烯、陶瓷等)容易在骨骼與假體之間的界膜上聚集，引發假體周圍組織發生各種炎癥反應，進而導致破骨增強而成骨減弱，進而導致無菌性松動，從而縮短種植體的使用壽命。由于一個人工關節的平均壽命約為10年，患者可能需要進行另一次人工關節置換，這極大地增加了患者的不適。因此，迫切需要其他方法和概念，以減少摩擦和磨損，同時保持假體材料本身具有的有益特性，以延長接頭的壽命。

多種策略用于提高鈦合金在人工接頭應用中的摩擦學性能，沉積具有低摩擦系數和高耐磨性的涂層是提高鈦合金在人工接頭中應用的摩擦學性能的有效策略之一。在以往的研究中，已經發展了幾種制備鈦合金保護涂層的方法，包括原位生長和化學自組裝。然而，這些合成涂層在惡劣的環境和工藝條件以及可靠性和壽命下都存在問題。此外，在人工接頭上制備保護涂層時，必須仔細考慮新建的材料體系的整體生物相容性。

除了保護涂層外，潤滑液對提高植入物的摩擦學性能和使用壽命起著至關重要的作用。在人類關節中，滑膜液中的聚電解質通過在軟骨表面的自組裝形成靈活的分子刷，從而減少了摩擦和磨損。骨關節炎可以通過關節內注射滑膜液來治療，各種合成潤滑劑添加劑已被開發出來，以延長滑膜液的使用壽命和提高潤滑性能?；つ以谌y關節動脈成形術中保存，改性潤滑介質(包括潤滑添加劑的引入)是改善修復材料摩擦學性能的常用方法。

然而，在鈦合金人工關節中使用的潤滑摩擦面和潤滑液尚未得到充分的研究。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種鈦合金減磨涂層的制備方法、鈦合金構件及應用。

為實現前述發明目的，本發明采用的技術方案包括：