一种在体内环境中具有磨损自修复功能的陶瓷生物材料制备方法
【技术领域】：
[0001] 本发明属于生物医学工程及生物医用材料领域，尤其是在体内环境中具有磨损自 修复功能的陶瓷生物材料制备方法。
【背景技术】：
[0002] 人工关节置换术是目前治疗骨关节炎等疾病最有效的手段，人工关节在体内服役 时间长（10年W上，甚至可能达30年W上），服役过程中头-白结构相对摩擦运动可达数千万 次，摩擦导致的磨损不仅仅会使头-白结构尺寸发生改变，最主要的危害是磨损过程中产生 各种磨屑会导致炎症反应及假体失效【1.Matevz Topolovec, Andrej CJngrid MiIos.Metal-on-metal vs.metal-on-polyethyIene total hip arthroplasty tribological evaluation of retrieved components and periprosthetic tissue. journal of the mechanical behavior of biomedical materials 34(2014) 243-252.】。陶瓷材料具有高硬度、良好的耐磨损特性W及生物相容性。为了减少磨屑的产 生，研究者开发出了陶瓷-陶瓷(COC)类型摩擦配副的人工关节，已经被成功应用于临床。但 是，由于陶瓷材料初性低，目前临床应用的陶瓷-陶瓷(COC)类型摩擦配副的人工关节，存在 着脆性断裂和摩擦噪声大等缺点，运使得陶瓷关节在服役过程中存在较大的隐患（断裂失 效），会给患者的生活质量造成较大影响。
[0003] 研究者采用各种方法提高陶瓷材料的初性，其中在陶瓷中渗杂金属元素对陶瓷初 性的提高有显著的促进作用:Ni、Mo、V、W、Fe等金属元素渗杂到氧化侣陶瓷内部后，氧化侣 复合陶瓷的初性明显增强【2.何柏林，熊光耀，缪燕平.金属间化合物/Ah化陶瓷基复合材料 的研究进展.粉末冶金工业.Vo 1.18NO. 3化ne 2008:31-35;3.张玉军，尹衍升，王德云，等 .^AVAh化陶瓷基复合材料--一种新型刀具材料.机械工程材料，2000，24(2): 30-31.】。 虽然通过在Ah〇3陶瓷中渗杂金属元素能增加 Ah〇3陶瓷的断裂初性，但是其摩擦系数依然 较大，摩擦噪声并没有减小，应用于人工关节或者人工椎间盘的制造，临床植入后，服役过 程中，运些人工器官会产生异响，使患者不适，影响患者的生活质量。
[0004] 研究发现，摩擦界面在人体内服役时，磨损释放出的金属(Co、Cr、Mo等)能够有效 地催化人体生理环境中的蛋白质（球蛋白、白蛋白、糖蛋白等）降解，形成含碳的"蛋白生物 膜'【4.Martin EJ,Pourzal R,Mathew MT,Shull KR.Dominant role of molybdenum in the electrochemical deposition of biological macromolecules on metallic surfaces.Langmuir:the ACS journal of surfaces and colloids.2013;29:4813-22.】， 并且该蛋白生物膜在摩擦力的剪切作用下能转化为石墨润滑层，进而对摩擦界面起到良好 的润滑作用，同时运层石墨层能够对摩擦界面起到良好的保护作用，降低材料的腐蚀，减少 摩擦产生的噪声。【5.Wimmer MA,Laurent MP,Mathew MT,化gelli C,Liao Y,Marks LD,et al.The effect of contact load on CoCrMo wear and the formation and retention of tribofiIms. Wear.2015;332-333:643-9.】。
[0005] 本发明基于金属离子可W促进摩擦界面生物分子的吸附、变性及分解，在摩擦界 面形成一层蛋白生物膜，随着摩擦的不断进行，进一步运层蛋白生物膜可W转变成石墨层， 提出制备渗杂金属的陶瓷材料。渗杂金属的陶瓷材料在人体内服役(摩擦磨损)过程中，释 放出的金属离子可W促进摩擦界面生物分子的吸附、变性及分解，在摩擦界面形成一层蛋 白生物膜，随着摩擦的不断进行，进一步运层蛋白生物膜可W转变成石墨层，蛋白生物膜、 石墨层可W有效地降低陶瓷生物材料摩擦系数、阻止陶瓷生物材料的磨损，同时形成的蛋 白生物膜、石墨层覆盖在陶瓷生物材料的表面，实现对陶瓷生物材料的磨损修复，使陶瓷生 物材料具有磨损自修复功能。渗杂金属的陶瓷生物材料应用于制造人工关节、人工椎间盘 等人工医疗器械，可W有效地降低人工器官的磨损及摩擦噪声，显著提高人工器官的使用 寿命，提高患者生活质量。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的是，提供一种在体内环境中具有磨损自修复功能、渗杂金属的陶瓷 生物材料制备方法。
[0007] 本发明采用W下技术方案：
[000引一种在体内环境中具有磨损自修复功能、渗杂金属的陶瓷生物材料制备方法，使 渗杂金属元素的陶瓷生物材料在人体内具有磨损自修复功能，包含如下主要制备步骤：
[0009] A、原料准备:金属粉、氧化错粉(或者氧化侣粉)作为原料，其配比按照质量百分比 记为:氧化错粉(或者氧化侣粉)90%~99%、金属粉1%~10%。将粉体原料在行星式球磨 机中混合均匀。
[0010] B、将干燥的粉末装入石墨模具中，在氣气保护下进行热压烧结，反应热压烧结溫 度为1100°c-180(rc，热压烧结时间为0.5-3小时，热压烧结的压力为20-40MPa，制得在体内 具有磨损自修复功能、渗杂金属的陶瓷生物材料，其中金属渗杂质量比例在1%~10%之 间，陶瓷致密度达到90 % W上。
[0011] 进一步的，所述的金属粉纯度为99.9%，粒径分布在SOnm-IO皿之间。金属粉为W 下种类任意一种或者多种:铜、银、钻、铭、钢、粗、儀等。
[0012] 进一步的，所述的氧化错（或者氧化侣）陶瓷粉末纯度为99.9%，粒径分布在 lOOnm-40皿之间，也可用同样级别的碳化娃、氮化娃等粉末代替。
[0013] 进一步的，步骤B中向烧结室通入的气体，可W是氣气、氮气等不与材料反应的气 体。
[0014] 采用本发明方法制备具有体内磨损自修复功能、渗杂金属的陶瓷生物材料，陶瓷 生物材料在体内摩擦磨损服役过程中，释放出金属离子，金属离子催化体内环境中生物分 子变性、吸附到摩擦界面形成蛋白生物膜，蛋白生物膜在摩擦界面剪切力作用下发生降解， 成为碳薄膜(石墨层)覆盖在发生磨损的陶瓷生物材料表面，实现对陶瓷生物材料的修复。 随着磨损的进行，蛋白生物膜降解形成的碳薄膜(石墨层)磨损完成，裸露出新鲜的陶瓷生 物材料，再次利用陶瓷生物材料磨损释放出金属离子促进陶瓷生物材料表面蛋白吸附、变 性、分解，形成蛋白生物膜及碳薄膜(石墨层），覆盖在发生磨损的陶瓷生物材料表面。在不 断的摩擦过程中，通过金属离子释放、催化生物分子的降解，不断形成蛋白生物膜及碳薄膜 (石墨层)对陶瓷生物材料进行修复，使陶瓷生物材料在体内