[發明專利]一種多孔鈦合金支架表面生物活性層及其制備方法

在審

• 申請號: 202211543953.3
• 申請日: 2022-12-03
• 公開（公告）號: CN116024630A
• 公開（公告）日: 2023-04-28
• 發明（設計）人: 陳靚瑜;劉昊;王立強;劉金晶
• 申請（專利權）人: 江蘇通和生物醫藥科技有限公司
• 主分類號: C25D11/26
• 分類號: C25D11/26
• 代理公司: 東臺金誠石專利代理事務所(特殊普通合伙) 32482
• 代理人: 周松濤

本發明公開了一種多孔鈦合金支架表面生物活性層，包括與多孔鈦合金基體緊密連接由TiOsubgt;2/subgt;構成的微弧氧化膜層以及由羥基磷灰石以及含有Ca、P元素的復合氧化物組成的外部膜層。該鈦合金得到了具有耐蝕性和耐磨性良好且具有一定生物活性的復合膜層，通過超聲協同，改善了傳統微弧氧化膜層厚度不均勻和微觀結構的不均勻，提高了鈦合金的耐腐蝕性和耐磨性，并且在膜層內引入了更多的Ca元素，利用反應，將膜層內部的Ca和P元素遷移到表面，生成羥基磷灰石類生物膜層，使得樣品具有更高的生物活性。

技術領域

本發明涉及多孔鈦合金表面制備生物膜層的技術領域，特別涉及一種采用微弧氧化方法在鈦合金表面制備含羥基磷灰石(HA)復合生物膜層的方法。

背景技術

除了強度高、重量輕等吸引人的特性外，鈦合金還因其相對較低的彈性模量、良好的生物相容性和耐腐蝕性而被廣泛用作生物材料。但是相較于人骨來說，鈦合金的彈性模量依然是人骨的幾十倍，這會形成應力遮蔽效應，造成移植骨的脫落。多孔鈦合金是一種很有前景的替代骨科植入材料，因為多孔鈦合金可以以定制的剛度生產，提高與骨組織的機械相容性。具有相互連接的孔隙結構還允許骨骼向內生長，從而提供強大的骨骼互鎖。目前，各種技術生產鈦合金支架。其中，增材制造技術(AM)在過去幾年中獲得了相關性，因為它具有很大的優勢：支架可以根據其它結構要求輕松定制，直接從CAD模型控制孔徑、孔隙率、單位結構和互連性；所以這些都是為了實現所需的種植體特性。然而，與普通幾何形狀相比，多孔結構具有高表面積/體積比、較高的表面粗糙度和相互連接的孔隙會提高多孔結構的腐蝕速率，因此金屬離子釋放到血液中的含量肯能會增加，而且在運動過程中，也可能會造成植入物的磨損，造成金屬離子的釋放。為了提高多孔鈦合金的耐蝕性和耐磨性，微弧氧化成為了一種可行的解決方案。鈦合金是一種生物惰性物質，與磷酸鈣涂層植入物不同，不能與相鄰骨骼產生足夠的骨骼結合，也不能刺激骨骼生長和抗菌能力。在鈦表面上形成的氧化鈦膜對于鈦的生物相容性至關重要，因為天然存在的氧化鈦膜太薄而無法提高鈦金屬植入物的生物相容性。

微弧氧化(MAO)用于在電弧放電產生的瞬態高溫和壓力的影響下，在閥門金屬表面生成具有復雜幾何形狀的氧化物涂層，也稱為等離子電解氧化(PEO)和陽極火花沉積(ASD)。這種方法可以將鈣和磷酸鹽等生物活性電解質成分結合到涂層中。磷酸鈣(CaP)涂層，特別是HA涂層，可以促進早期和快速的骨整合。羥基磷灰石是人體骨的主要組成成分，正因為這個優點使得在羥基磷灰石生物陶瓷膜層的制備方面引起了廣大化學、材料學、生物學、臨床醫學等研究工作者極大興趣。鈦合金MAO電解液主要由酸性和堿性溶液組成；然而，由于環境不利、廢液處理困難等缺點，堿性溶液正逐漸取代酸性溶液。

發明內容

本發明的目的在于提供一種多孔鈦合金支架表面生物活性層及其制備方法，解決上述現有技術問題中的一個或者多個。

一方面，本發明提供一種多孔鈦合金支架表面生物活性層，包括與多孔鈦合金基體緊密連接由TiO₂構成的微弧氧化膜層以及由羥基磷灰石以及含有Ca、P元素的復合氧化物組成的外部膜層。

在一些實施方式中，所述多孔鈦合金基體材料為Ti-6Al-4V。

另一方面，本發明提供一種多孔鈦合金支架表面生物活性層的制備方法，包括以下步驟：

將硅酸鈉、乙酸鈣、六偏磷酸鈉以及磷酸二氫鈉，依次溶入去離子水中，得到電解液；

以多孔鈦合金為陽極，不銹鋼不溶性惰性金屬為陰極在所述電解液中，進行微弧氧化處理，所述微弧氧化處理為5-10min，控制電解液溫度為35-50℃，所述電解液pH值為8-14。

在一些實施方式中，所述電解液中硅酸鈉溶液的濃度為6g/L，乙酸鈣溶液的濃度為1g/L、六偏磷酸鈉溶液的濃度為0.8g/L，磷酸二氫鈉溶液的濃度為0.55g/L。