专利名称：高生物相容性表面改性的纳米金刚石镀膜骨科功能材料的制作方法
技术领域：
本实用新型属于生物材料领域，特别涉及钛合金表面改性技术骨科用的人工关节、接 骨板及骨钉表面改性的技术。 眾汉不
钛合金是骨科、牙科、整形外科等方面广泛应用的功能材料。但是钛合金材料在植入 人体的状态中，仍存在会微量离子释放，污染组织，会引起发炎等不良反应的问题。而金 刚石膜具有最高硬度、低摩擦系数、最佳化学稳定性及高良好生物相容性，因此在医用材 料表面上沉积金刚石薄膜有实际应用的价值。
新型内容
本实用新型的目的，在于克服现有技术的上述不足，提供一种用纳米金刚石镀膜或类 金刚石碳膜镀层，对钛合金人工关节、骨板及骨钉进行了表面改性的高生物相容性骨科功 能材料。
本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的。
一种高生物相容性表面改性的纳米金刚石镀膜骨科功能材料，为应用纳米技术进行表 面改性处理的钛合金基板的人工关节、骨板及骨钉，它包括金属板载体、高密度核层或金 属碳化物中间层、金刚石或类金刚石碳镀膜和键合分子介面层。在骨科功能材料金属板载 体上成型高密度核层或金属碳化物中间层，中间层上镀以金刚石或类金刚石碳镀膜，金刚 石薄膜进行后表面处理后，形成可以共价键方式结合固定DNA、蛋白质、肽、小分子的键 合分子介面层。
金刚石或类金刚石碳镀膜，在实际规格、形状和尺寸已成形的钛合金物件表面经预处 理后，采用化学气相蒸镀法或物理气相蒸镀法对钛合金基片镀制的厚度为100 nm 3um 的纳米金刚石薄膜或类金刚石碳膜。钛合金基板的表面预处理，可使用酸或碱溶液处理， 由粒径30 u m微粒金刚石悬浮液400W超声波振荡清洗10—20min，及0. 3 u m纳米金刚石 悬浮液做两段式超声波振荡处理10—20min，再用丙酮超声波清洗后吹干备用。
纳米金刚石膜镀层的形成，为控制成核期负偏压(Bias)值于100—280V、反应气体压 力0.8—3.5 Kpa，使用0.1 3. (f/n的Cfi 、 99. 9 97%的ft及99. 9 97%的H2混合气体， 在500 210(TC的等离子体环境下生长，含量高于70%的SP3碳原子键结构的聚晶纳米金刚 石膜，在化学气相蒸镀环境下生成厚度低于3um的纳米金刚石膜镀层。类金刚石碳镀膜 的镀制，是使用金属及石墨靶材，在物理气相蒸镀环境下生成厚度低于30nm的金属碳化 物中间层，再使用石墨靶材，在物理气相蒸镀环境下生成厚度低于lum的类金刚石碳膜 镀层。
纳米金刚石膜的化学气相蒸镀法，是指利用热丝化学气相沉积法(HFCVD)、直流等离 子体化学气相沉积法(DCPCVD)、直流等离子体喷涂法、射频等离子体气相沉积法 (RFPCVD)、高频等离子体气相沉积法、直流电弧放电法、微波等离子体化学气相沉积法 (丽PCVD)、离子束沉积法IBD或低压化学气相沉积(LPCVD)的方法。纳米金刚石膜的物理 气相蒸镀法，是指利用蒸镀方式、离子镀或溅镀的方法实现低针孔率的纳米级镀膜，该膜 为含量低于70%的SP3碳原子键结构物。
后表面处理方式，是指以氢等离子体置换表面分子、离子或原子，再与醛基、胺基或 氢硫基等化合物反应，以共价键结合另一端固定DNA、蛋白质、肽、或小分子的介面层。
本实用新型利用了金刚石膜良好的生物相容性及最佳的化学稳定性，解决了钛合金材 料在植入人体过程中存在的微量离子释放、污染组织、引起发炎等不良反应的问题。
图1为本实用新型的结构示意图。
图中1.金属板载体，2.高密度核层或金属碳化物中间层，3.金刚石或类金刚石
碳镀膜，4.键合分子介面层。
具体实施方式
参照附图，本实用新型采用化学气相蒸镀法或物理气相蒸镀法，对钛合金人工关节、 骨板及骨钉等相关金属板载体材料1进行表面改性，该纳米金刚石薄膜或类金刚石碳膜3 可再施行后表面处理，以配合不同植入环境及位置的功能需求。方法是将已成形钛合金物 件表面预处理后，经化学气相蒸镀法或物理气相蒸镀法对钛合金基片镀制，形成厚度为
100 rnn 3 U m的纳米金刚石薄膜或类金刚石碳膜3，该金刚石薄膜可再施行后表面处理， 以共价键方式结合人体组织相容性高的分子介面层4。 两种金刚石镀膜的做法如下述方式
第一种，指含SP3碳原子键结构高于70%含量的纳米聚晶金刚石膜制作。 为提高纳米金刚石镀膜镀膜结合强度及成核层2密度大于109，'，人工关节、骨板及 骨钉等金属板载体材料1的表面预先使用酸或碱溶液处理，由粒径30 u m微粒金刚石悬浮 液400w超声波振荡清洗10—20min，及0. 3 y m纳米金刚石悬浮液做两段式超声波振荡处 理10—20min，最后用丙酮超声波方式清洗后吹干备用，并控制成核期负偏压(Bias)值于 100—280V及反应气体压力为0. 8—3. 5 Kpa。使用0. 1 3. 0%的CH4 、 20 70%的Ar2及 79. 9 27%的H2混合气体，在500 210(TC的化学气相蒸镀法的等离子体环境下镀膜。化 学气相蒸镀环境可利用下列方法获得热丝化学气相沉积法(HFCVD)、直流等离子体化学 气相沉积法(DCPCVD)、直流等离子体喷涂法、射频等离子体气相沉积法(RFPCVD)、高频等 离子体气相沉积法、直流电弧放电法、微波等离子体化学气相沉积法(MWPCVD)、离子束沉 积法(IBD)或低压化学气相沉积(LPCVD)等，形成厚度低于3 y m的金刚石纳米膜镀层3。 第二种，指含Sp3的碳原子键结构低于70y。含量的纳米类金刚石碳(DLC)膜3的制作， 以物理气相蒸镀环境生成厚度低于1 U m的类金刚石碳膜。该蒸镀环境指利用蒸镀 (Evaporation Deposition)方式、离子镀(Ion Plating)方式或溅镀(Sputtering D印osition)方式等相关设备，制成厚度低于lum，无氢含量的类金刚石碳膜(3)沉积， 实现低针孔率的纳米级类金刚石碳(DLC)膜镀层。为提高人工关节、骨板及骨钉等材料(l) 表面结合强度，纳米类金刚石碳(DLC)膜的制作，先使用金属及石墨为靶材蒸镀生成厚度 低于30nra的金属碳化物中间层2，再使用石墨靶材为原料，在物理气相蒸镀环境下生成 厚度低于1 H m的类金刚石碳膜镀层。
该金刚石薄膜或类金刚石碳膜再施行后表面处理，以共价键方式结合人体组织相容性 高的分子介面层4，以配合不同环境及位置的植入性功能需求。后表面处理方式是指以氢 等离子体置换表面分子、离子或原子，再与醛基、胺基或氢硫基等化合物反应，以共价键 结合另一端固定DNA、蛋白质、肽、或小分子的介面层，以配合不同环境及位置的功能需 求。
权利要求1.一种高生物相容性表面改性的纳米金刚石镀膜骨科功能材料，为应用纳米技术进行表面改性处理的钛合金基板的人工关节、骨板及骨钉，其特征在于该结构包括骨科功能材料金属板载体(1)上成型高密度核层或金属碳化物中间层(2)，中间层(2)上镀以金刚石或类金刚石碳镀膜(3)，金刚石薄膜以共价键方式结合固定DNA、蛋白质、肽、小分子的键合分子介面层(4)。
专利摘要本实用新型涉及一种高生物相容性表面改性的纳米金刚石镀膜骨科功能材料，为一种表面改性的钛合金人工关节、骨板及骨钉材料结构。它包括骨科功能材料金属板载体上成型高密度核层或金属碳化物中间层，中间层上镀以金刚石或类金刚石碳镀膜，金刚石薄膜以共价键方式结合固定DNA、蛋白质、肽、小分子的键合分子介面层。本实用新型利用金刚石膜良好的生物相容性及化学稳定性，解决了钛合金材料在植入人体过程中存在的微量离子释放、污染组织引起发炎等不良反应的问题。
文档编号A61L27/42GK201055536SQ200720003248
公开日2008年5月7日 申请日期2007年2月5日 优先权日2007年2月5日
发明者陈鸿文 申请人:陈鸿文