专利名称：金属植入物及其表面处理方法
技术领域：
本发明涉及一种金属植入物及其表面处理的方法，且特别涉及一种表面形态为大 凹洞里具有小凹洞的金属植入物及其表面处理的方法。
背景技术：
目前，在金属植入物(implant)表面形成多孔结构的方法有多种，例如喷砂法 (sand blasting)或酸蚀法(acid etching)，通过上述方法可使金属植入物的表面粗糙度 增加，如此可利于金属植入物植入生物体内后细胞攀附促使伤口愈合时间缩短。举例来说，美国专利号US5456723揭示一种金属植入物的表面处理方法，其处理 步骤为利用一粒径大小为250 500 μ m的金刚石砂进行喷砂后，再以高温的硫酸(H2SO4) / 盐酸(HCl)混合液进行酸蚀，以粗糙化金属植入物的表面。然而使用粒径大小为250 500 μ m的金刚石砂进行喷砂处理，大颗粒的金刚砂对 于金属植入物的外螺纹形态会有一定程度的破坏效果。此外，硫酸/盐酸混合液为两种强 酸的混合，在配制时会产生剧烈的放热脱水反应，具对操作人员造成灼伤的危险性。另外，美国专利字号US5603338揭露另一种金属植入物的表面处理方法，其表面 处理步骤为是先利用喷砂方法使钛金属植入物表面粗糙化后，接着以氢氟酸(HF)进行第 一次酸蚀，用以去除表面自然氧化层(厚度为70 150A)；最后再以高温的硫酸(H2SO4)/ 盐酸(HCl)混合液进行第二次酸蚀，形成金属植入物不规则且均勻的表面。然而上述所使用的酸液为氢氟酸，熟知氢氟酸这一化学品的人都知道氢氟酸为一 极危险的化学品，如氢氟酸可经由口、鼻、眼或皮肤等途径进入人体，造成低血钙、低血镁、 肺水肿、代谢性酸中毒、心室性心律不齐、甚至死亡等严重的全身性中毒症状。此外，第二次 酸液为使用硫酸/盐酸的混合液，此混合液在配制时会产生剧烈放热的脱水反应，容易使 操作人员造成灼伤。从上述可知，目前常见的金属植入物的表面处理方法，如果不是使用大颗粒的喷 砂体，以破坏金属植入物的螺纹形态，就是使用多次的酸蚀步骤或是采用具有危险性的酸 蚀液，以达到增加表面粗糙度，然而，实际上使用上述方法均暗藏对人体有危险伤害的机石。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种金属植入物，其表面形态为大凹洞里具有小凹洞，通过 此表面形态，可达到金属植入物与生物体间的骨整合效果。另外，本发明另提供一种金属植入物的表面处理的方法，其利用喷砂搭配适当的 酸蚀液，降低对人体有危险伤害的机会。本发明提出一种金属植入物，其表面具有复数个微米级凹洞，且微米级凹洞内更 具有复数个亚微米级凹洞，其中微米级凹洞的孔径介于Iym 100 μ m之间，亚微米级凹洞 的孔径介于IOOnm IOOOnm之间，且金属植入物的表面平均粗糙度介于0. 1 μ m 5 μ m之
3间。在本发明一实施例中，其中所述的金属植入物的材质为一钛金属、一钛合金或一 含钛元素的金属。在本发明一实施例中，其中所述的微米级凹洞为通过一喷砂处理所产生。在本发明一实施例中，其中所述的亚微米级凹洞为通过一去氧化再氧化处理所产生。本发明另提出一种金属植入物的表面处理方法，包括首先，以一砂体对一金属植 入物的表面进行一喷砂处理，以形成复数个微米级凹洞。之后，将喷砂处理后的金属植入物 浸泡于一含过氧化氢的复合酸中，进行一去氧化再氧化处理，以形成至少一亚微米级凹洞 位于所述微米级凹洞内并形成一氧化层。最后，将该金属植入物于该酸液中取出。在本发明一实施例中，其中所述的金属植入物的材质为一钛金属、一钛合金或一 含钛元素的金属。在本发明一实施例中，其中所述的氧化层为一氧化钛。在本发明一实施例中，其中所述的复合酸更包括一硫酸或一盐酸。在本发明一实施例中，其中所述的砂体材质为氧化铝或二氧化钛。在本发明一实施例中，其中所述的砂体的粒度为小于200 μ m以下。在本发明一实施例中，进行该喷砂处理时，该砂体与该金属植入物的距离为1 5 公分。在本发明一实施例中，其中所述的喷砂处理时的压力为2 4Kg/cm2。在本发明一实施例中，其中所述的喷砂处理的时间为20秒至40秒。在本发明一实施例中，其中所述的去氧化再氧化处理的时间为10分钟至24小时。在本发明一实施例中，其中所述的去氧化再氧化处理的温度为20°C至80°C。在本发明一实施例中，其中所述的微米级凹洞的孔径介于Iym 100 μπι之间。在本发明一实施例中，其中所述的亚微米级凹洞的孔径介于IOOnm IOOOnm之 间。综上所述，本发明首先以粒径200 μ m以下的砂体对金属植入物的表面进行喷砂 处理，其达到既有表面粗糙化的效果，又保留金属植入物原先设计的表面形态。接着，在室温下以温和反应的过氧化氢(H2O2)/硫酸(H2SO4)混合液，取代高温操作 产生剧烈反应的硫酸(H2SO4)/盐酸(HCl)混合液进行去氧化再氧化处理，如此可降低对人 体有危险伤害的机会。因此，通过上述的方法，金属植入物可以先在喷砂处理后产生微米级宽度的大凹 洞。之后再通过去氧化再氧化步骤，在喷砂处理后所产生的微米级(micro)宽度的大凹洞 里，再蚀刻出均勻亚微米级(sub-micron)宽度的小凹洞。如此可得到大凹洞里具有小凹洞 的表面形态，这样不仅提高金属植入物表面孔洞结构的变化，此表面孔洞结构的变化也同 样达到骨整合的效果。为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附图，作 详细说明如下。
图1是本发明金属植入物表面处理方法的流程图；以及图2A与图2B是金属植入物的表面SEM图。主要元件符号说明S100、S200 步骤流程
具体实施例方式图1是本发明金属植入物表面处理方法的流程图。请参阅图1，金属植入物表面处 理的方法包括首先，进行一喷砂处理(步骤S100)，也就是说，以一砂体对一金属植入物进 行一喷砂处理，如此，在喷砂处理过后的金属植入物表面具有复数个微米级凹洞。本实施例喷砂处理的步骤为将已进行脱脂、清洁程序后的金属植入物以粒径 200 μ m以下的陶瓷砂体(如氧化铝砂、二氧化钛砂)进行喷砂，喷砂压力为2 4Kg/cm2， 喷砂距离为1 5公分，喷砂时间为20 40秒，其中金属植入物的材质可为一钛金属、一 钛合金或一含钛元素的金属。之后，进行一去氧化再氧化处理(步骤S200)，即将喷砂处理后的金属植入物浸泡 于一含过氧化氢的复合酸中，以形成至少一亚微米级凹洞位于所述微米级凹洞内并形成一 氧化层，氧化层可为一氧化钛层。须特别说明的是，上述含过氧化氢的复合酸可为一硫酸与 过氧化氢的混合酸或一盐酸与过氧化氢的混合酸。于本实施例，去氧化再氧化处理步骤(步骤S100)为将已清洁处理、喷砂、清洁处 理过的金属植入物，浸泡于以等体积比例混合的过氧化氢(30%)/硫酸(98%)混合液中， 在室温下作用12 24小时，最后再润洗、中和、风干。上述的室温温度范围优选为20°C至 35°C。在其他应用上，去氧化再氧化处理也可于高温下作用约10分钟至1小时，上述的高 温温度范围优选为60°C至80°C。最后，将该金属植入物于该酸液中取出。如此，通过喷砂处理与去氧化再氧化处理 后，金属植入物的表面可产生「大凹洞里具有小凹洞」的表面形态。也就是说，大凹洞为微 米级凹洞，小凹洞为亚微米级凹洞，微米级凹洞的孔径介于Iym 100 μπι之间，亚微米级 凹洞的孔径介于IOOnm IOOOnm之间。请分别参阅图2Α及图2Β，其分别为经上述流程处理后之金属植入物的表面SEM 图，其SEM图倍率分别为2500倍及5Κ倍。如图2Α所示，金属植入物的表面由喷砂后所形 成的微米级(1 100 μ m)大凹洞。如图2B所示，金属植入物的表面具有去氧化再氧化处 理后所产生的亚微米级(100 IOOOnm)小凹洞。综上所述，本发明的方法首先为利用粒径200 μ m以下的砂体进行喷砂处理，由此 可以改进传统上使用大粒径(250 500 μ m)砂体进行喷砂处理所造成金属植入物表面螺 纹形态改变的缺点，以达到既有表面粗糙化的效果，又保留金属植入物原先设计的表面形 态。此外，使用过氧化氢(H2O2) /硫酸(H2SO4)混合液，取代高温操作产生剧烈反应的硫 酸(H2SO4)/盐酸(HCl)混合液进行去氧化再氧化处理，以产生亚微米级(sub-micron)的均 勻凹洞效果，可降低对人体有危险伤害的机会。如此，通过本发明的表面处理方法，最终可在金属植入物表面的产生「大凹洞里具
5有小凹洞」的表面形态。 虽然本发明以前述实施例公幵如上，但是其并非用以限定本发明，任何本领域技 术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，所作更动与润饰的等效替换，仍为本发明的专利 保护范围内。
权利要求
一种金属植入物，其表面具有复数个微米级凹洞，且该微米级凹洞具有复数个亚微米级凹洞，其中所述微米级凹洞的孔径介于1μm～100μm之间，所述亚微米级凹洞的孔径介于100nm～1000nm之间，该金属植入物的表面平均粗糙度介于0.1μm～5μm之间。
2.如权利要求1所述的金属植入物，其中该金属植入物的材质为钛金属、钛合金或含 钛元素的金属。
3.如权利要求1所述的金属植入物，其中所述微米级凹洞是通过喷砂处理所产生。
4.如权利要求1所述的金属植入物，其中所述亚微米级凹洞是通过去氧化再氧化处理 所产生。
5.一种金属植入物的表面处理方法，包括以砂体对金属植入物的表面进行喷砂处理，以形成复数个微米级凹洞；将喷砂处理后的金属植入物浸泡于含过氧化氢的复合酸中，进行去氧化再氧化处理， 以在所述微米级凹洞内形成至少一亚微米级凹洞并形成氧化层；以及将该金属植入物于该酸液中取出。
6.如权利要求5所述的表面处理方法，其中该金属植入物的材质为钛金属、钛合金或 含钛元素的金属。
7.如权利要求5所述的表面处理方法，其中该氧化层为氧化钛。
8.如权利要求5所述的表面处理方法，其中该复合酸包括硫酸或盐酸。
9.如权利要求5所述的表面处理方法，其中该砂体的材质为氧化铝或二氧化钛。
10.如权利要求5所述的表面处理方法，其中该砂体的粒度为小于200μ m以下。
11.如权利要求5所述的表面处理方法，当进行该喷砂处理时，该砂体与该金属植入物 的距离为1 5公分。
12.如权利要求5所述的表面处理方法，其中该喷砂处理时的压力为2 4Kg/cm2。
13.如权利要求5所述的表面处理方法，其中该喷砂处理的时间为20秒至40秒。
14.如权利要求5所述的表面处理方法，其中该去氧化再氧化处理的时间为10分钟至 24小时。
15.如权利要求5所述的表面处理方法，其中该去氧化再氧化处理的温度为20°C至 80 "C。
16.如权利要求5所述的表面处理方法，其中所述微米级凹洞的孔径介于1μ m 100 μ m之间。
17.如权利要求5所述的表面处理方法，其中所述亚微米级凹洞的孔径介于IOOnm IOOOnm 之间。
全文摘要
一种金属植入物，其表面具有复数个微米级凹洞，且微米级凹洞内具有复数个亚微米级凹洞，其中微米级凹洞的孔径介于1μm～100μm之间，亚微米级凹洞的孔径介于100nm～1000nm之间，且金属植入物的表面平均粗糙度介于0.1μm～5μm之间。
文档编号A61L27/06GK101904774SQ20091014700
公开日2010年12月8日 申请日期2009年6月4日 优先权日2009年6月4日
发明者施威任, 林怡, 郭子瑄 申请人:财团法人金属工业研究发展中心