一种类骨生物活性梯度涂层医用材料的制备方法
【专利说明】一种类骨生物活性梯度涂层医用材料的制备方法
[0001]
技术领域
[0002]本发明属于生物工程领域，涉及一种材料的表面处理技术，具体来说是一种类骨生物活性梯度涂层医用材料的制备方法。
【背景技术】
[0003]在生物医用金属材料中，钛及钛合金具有较好的生物相容性和力学适应性，成为最为优秀的生物医用金属材料，但钛和钛合金缺乏生物活性，其与骨之间只是一种机械嵌连性的骨整合，亟需通过表面修饰改性使之具备诱导骨组织长入并与植入部位实现骨性结合的能力(阮建明，邹俭鹏，黄伯云等，生物材料学[M]，北京:科学出版社，2004)。针对钛合金在医用方面存在的不足，有必要采用表面工程的方法对钛合金进行表面改性，以改善其生物学性能，更好的适应临床需要。
[0004]目前对钛或钛合金表面进行改性，最理想的还是在其表面涂覆与生物环境相匹配的涂层，通常的做法是在钛合金表面制备一层具有生物活性的陶瓷涂层或形成能够诱导羟基磷灰石生成的膜层。陶瓷涂层中羟基磷灰石(HA)与人体骨中的无机质结构相同，无毒，能与宿主组织直接产生化学作用而形成致密的骨性结合，是理想的人体骨替代材料(1.Sopyan, M.Mel, S.Ramesh，et al.，Porous hydroxyapatite for artificial boneapplicat1ns, [J].Science and Technology of Advanced Materials, 2007，8(1-2):116-123)。钛及钛合金表面涂覆羟基磷灰石涂层作为骨植入材料，综合了钛或钛合金力学性能好以及人工合成的羟基磷灰石具有优良生物活性和生物相容性的特点，可以显著改善钛及钛合金种植体的表面活性和生物相容性，提高植入材料与骨组织的结合能力，取得了两种材料的优势互补(Sameer R.Paital, Narendra B.Dahotre, Calcium phosphatecoatings for b1-1mplant applicat1ns: Materials, performance factors, andmethodologies, [J].Materials Science and Engineering, 2009, R 66: 1-70)。石开究较多的钛及钛合金表面活性涂层制备技术是等离子喷涂法，该法具有效率高、涂层均匀、重复性好和适合工业化生产等特点。该方法已被应用于制作人工牙根和人工髋关节等种植体，是当前制备这类材料的最主要的方法。但该方法也存在一些不足:是一种线型工艺，用于多孔或形状复杂的基底上难以使涂层均匀一致；原始材料要用高纯度的HA粉末，价格昂贵；制备过程中温度高，冷却时基底与涂层界面会存在很高的残余应力；喷涂的高温过程易使HA发生分解，导致涂层中产生杂质相，HA的结晶度较低等。
【发明内容】
[0005]针对现有技术中的上述技术问题，本发明提供了一种类骨生物活性梯度涂层医用材料的制备方法，所述的这种类骨生物活性涂层医用材料的制备方法解决了现有技术重点具有生物活性涂层的医用材料工艺复杂、基底与涂层界面会存在很高的残余应力、涂层中会产生杂质相的技术问题。
[0006]本发明提供了一种类骨生物活性梯度涂层医用材料的制备方法，包括如下步骤:
1)一个预处理医用钛或钛合金试样的步骤，首先取生物医用钛或钛合金将其加工成片状后打磨平整，然后进行超声波清洗10-20分钟，烘干；
2)一个阳极氧化的步骤，将预处理后的钛或钛合金作为阳极，不锈钢为阴极，放在第一电解质溶液中，采用直流稳压电源进行阳极氧化，电解液温度为40-60°C，电压为110V-130V，时间为5-20分钟，在表面生成二氧化钛膜层；
3)一个采用电辅助高温高压电化学沉积羟基磷灰石的步骤，将经过阳极氧化处理的钛或钛合金作为阴极，铂片作为阳极，采用直流电源将第二电解质溶液加热到120-160°C，每升第二电解质溶液中含有2.5-7.5mM的Ca2+和1.5-4.5mM的P0 43，采用恒电位仪通入电流密度值为1.25 -3.75mA/cm2的恒定的电流，使电解质溶液处于高温和高压的状态，保温1_4小时后关掉加热装置和恒电位仪，将试样随反应釜自然冷却后取出医用钛或钛合金植入体清洗，干燥后获得类骨生物活性涂层医用材料。
[0007]进一步的，步骤1)中，依次用自来水、丙酮、乙醇、蒸馏水超声清洗生物医用钛或钛
1=1Ο
[0008]进一步的，步骤2)中，所述的第一电解质溶液为0.4-1.0Μ的H2S04溶液。
[0009]本发明采用阳极氧化处理方法在钛合金表面获得纳米管结构二氧化钛层，然后采用电辅助高温高压电化学沉积方法在含有钙离子的磷酸盐电解质溶液中在钛合金表面沉积合成得到二氧化钛/羟基磷灰石活性梯度涂层。所述的活性涂层在成分和微观结构上都呈梯度分布，内层为致密的二氧化钛层，外层为相对疏松的羟基磷灰石涂层，膜层结晶度高，且与钛合金基体的结合强度高，具有良好的生物活性。
[0010]本发明具有以下优点:
(1)本发明采用电辅助高温高压电化学沉积方法，该方法相对于普通的电化学沉积方法来说，沉积的温度高于100°c，获得的涂层结晶度高，沉积后不需要后续的热处理来提高涂层的结晶度；且本方法沉积过程中能直接通入恒定电流，大大缩短了沉积时间，提高了沉积效率。相对于在临床得到广泛应用的等离子喷涂羟基磷灰石涂层方法，不需要太高的温度，涂层的成分纯度高，不会出现高温致使涂层分解的现象。
[0011](2)本发明所制备的活性涂层在成分和微观结构上都呈梯度分布，内层为致密的二氧化钛层，外层为相对疏松的羟基磷灰石涂层
(3)本发明采用的涂层制备方法是非线型的，在形状复杂的基体表面均能获得均匀的涂层。
[0012](4)本发明制备获得的涂层在成分和微观结构上均呈梯度分布，涂层与基体结合性能好，涂层结晶度高。
[0013](5)本发明制备工艺条件简单易行，效率高，易于产业化。
【附图说明】
[0014]附图1是本发明采用阳极氧化工艺氧化处理T1-6A1_4V合金后表面的SEM照片。
[0015]附图2是本发明采用电辅助高温高压电化