专利名称：TiZrNb髋关节假体及其制备方法
技术领域：
本发明涉及TiZrNb髋关节假体及其制备方法。
背景技术：
现有的骨植入假体通常采用Ti6A14V、CoCrMo和不锈钢。这三种材料的弹性模量和人体骨头相比，仍显著偏高，导致假体植入后出现应力遮挡，继而发生骨溶解现象。另外，在关节置换领域中，为了增强关节假体的长期稳定性，一般是在金属假体表面上施加多孔钛涂层，利用长入该多孔钛涂层的孔隙中的骨组织，起到生物固定的作用。为了促进骨组织的长入，往往在多孔钛涂层上施加能够诱导骨组织长入的羟基磷灰石或β -TCP涂层。目前，在本领域中，主要采用等离子喷涂工艺在多孔钛涂层上施加羟基磷灰石涂层或β-TCP涂层。存在的问题是羟基磷灰石或β-TCP涂层和钛涂层的结合强度不够，可能存在羟基磷灰石或β-TCP涂层脱落的问题。为此，本发明采用低弹性模量的TiZrNb合金来制作骨植入假体，并且采用包括钽涂层的生物活性复合涂层来改善羟基磷灰石或β -TCP涂层的结合性能。
发明内容
根据本发明的实施方案，公开了髋关节假体，包括TiZrNb合金基体和位于该合金基体上的生物活性复合涂层。该生物活性复合涂层包括位于该合金基体上的第一 TiZrNb合金涂层、位于该第一 TiZrNb合金涂层上的钽金属涂层、和位于该钽金属涂层上的羟基磷灰石或β-TCP生物活性涂层。根据本发 明的又一实施方案，本发明涉及髋关节假体，包括TiZrNb合金基体和位于该合金基体上的生物活性复合涂层。该生物活性复合涂层包括:位于该TiZrNb合金基体上的第一 TiZrNb合金涂层、位于第一 TiZrNb合金涂层上的第二多孔TiZrNb合金涂层、位于该第二 TiZrNb合金涂层上的钽金属涂层、和位于该钽金属涂层上的羟基磷灰石或β -TCP生物活性涂层。根据本发明的又一实施方案，本发明涉及髋关节假体，包括TiZrNb合金基体和位于该合金基体上的生物活性复合涂层。该生物活性复合涂层包括:厚度为15-50 μ m的第一致密TiZrNb合金涂层；厚度为25-75 μ m、孔隙尺寸为100-150 μ m的第二 TiZrNb合金涂层；厚度为50-150 μ m、孔隙尺寸为150-300 μ m的钽金属涂层；厚度为40-100 μ m、孔隙尺寸为100-250 μ m的羟基磷灰石或β -TCP生物活性涂层。本发明从物理结合方面与生物相容性方面考虑，制备了上述髋关节假体。TiZrNb合金和Ti6A14V合金、CoCrMo合金以及不锈钢相比，弹性模量更小。钽涂层与钛涂层或者TiZrNb合金涂层相比，和羟基磷灰石或β-TCP涂层结合更牢固。同时，钽涂层的力学性能和TiZrNb合金涂层不同，因而和仅仅包含TiZrNb合金涂层和羟基磷灰石(或β -TCP涂层)的复合涂层相比，改善了髋关节假体整体的弹性模量，进而改善了髋关节假体的整体生物力学性能。
在本发明中，由于等离子喷涂工艺的限制，描述涂层厚度的数值应该理解为实际上是指“所述数值X (100% ±10% )”。在本发明中，“致密”是指孔隙率小于10% (体积)，反之则为“多孔的”。 在本发明中，在同一髋关节假体中，提及的TiZrNb合金涂层和TiZrNb合金基体的成分相同。
具体实施例方式通过以下实施例进一步具体地阐述本发明，但本发明不限于这些实施例。TiZrNb合金基体表面处理在本发明的实施例中，TiZrNb合金基体用氧化铝颗粒进行喷砂处理，使表面粗糙并除去表面层，然后用丙酮清洗，准备进行喷涂。等离子体喷涂处理在本发明的实施例中，采用真空等离子喷涂设备，瑞典的A-3000等离子喷涂机，进行喷涂。机械手为ABB公司的IRB-6型，可以在真空室内自动控制。实施例1将弹性模量为65GPa的Til3Nbl3Zr合金关节柄用粒度为50目的氧化铝喷砂处理4分钟，使表面变得粗糙并除去表面层。然后放入等离子体真空室，抽真空到0.133Pa，然后充Ar。喷枪距关节柄300mm,等离子体预热该关节柄4分钟,达到约400°C,等离子体派射清洗4分钟。由送粉器送入300目的Til3Nbl3Zr粉在电压60V、600A下喷涂到25μπι致密层。外层喷涂β-TCP用60目的β-TCP粉，在60V、600A下喷涂厚度为50μπκ平均孔径为150 μ m0待冷却后，取出喷涂有生物活性复合涂层的Til3Nbl3Zr合金关节柄。依据IS013779-4测得β -TCP涂层的结合强度为35MPa。实施例2将弹性模量为65GPa的Til3Nbl3Zr合金关节柄用粒度为50目的氧化铝喷砂处理4分钟，使表面变得粗糙并除去表面层。然后放入等离子体真空室，抽真空到0.133Pa，然后充Ar。喷枪距关节柄300mm,等离子体预热该关节柄4分钟,达到约400°C,等离子体派射清洗4分钟，由送粉器送入300目的Til3Nbl3Zr粉在电压60V、600A下喷涂到25 μ m致密层，再用150目的Til3Nbl3Zr粉在60V、600A下喷涂到50μπι厚度的平均孔径为150 μ m的多孔层。外层喷涂β -TCP用60目的β -TCP粉，在60V、600A下喷涂厚度为50 μ m、平均孔径为 150 μ m。待冷却后，取出喷涂有生物活性复合涂层的Til3Nbl3Zr合金关节柄。依据IS013779-4测得β -TCP涂层的结合强度为50MPa。实施例3将弹性模量为65GPa的Til3Nbl3Zr合金关节柄用粒度为50目的氧化铝喷砂处理4分钟，使表面变得粗糙，除去表面层。然后放入等离子体真空室，抽真空到0.133Pa，然后充Ar。喷枪距关节柄300mm,等离子体预 热该关节柄4分钟,达到约400°C,等离子体派射清洗4分钟，由送粉器送入300目的Til3Nbl3Zr粉在电压60V、600A下喷涂到25 μ m致密层，再用60目的钽粉在60V、600A下喷到厚度ΙΟΟμπκ平均孔径为200μπι的多孔层。外层喷涂β-TCP用60目的β-TCP粉，在60V、600A下喷涂厚度为50 μ m，平均孔径为150 μ m。待冷却后，取出喷涂有生物活性复合涂层的Til3Nbl3Zr合金关节柄。依据IS013779-4测得β -TCP涂层的结合强度为82MPa。实施例4将弹性模量为65GPa的Til3Nbl3Zr合金关节柄用粒度为50目的氧化铝喷砂处理4分钟，使表面变得粗糙，除去表面层。然后放入等离子体真空室，抽真空到0.133Pa，然后充Ar。喷枪距关节柄300mm,等离子体预热该关节柄4分钟,达到约400°C,等离子体派射清洗4分钟，由送粉器送入300目的Til3Nbl3Zr粉在电压60V、600A下喷涂到25 μ m致密层，再用150目的Til3Nbl3Zr粉在60V、600A下喷涂到50μπι厚度的平均孔径为150 μ m的多孔层，接着用60目的钽粉在60V、600A下喷到厚度100 μ m、平均孔径为200 μ m的多孔层。外层喷涂β-TCP用60目的β-TCP粉，在60V、600A下喷涂厚度为50μπι，平均孔径为150 μ m0待冷却后，取出喷涂有生物活性复合涂层的Til3Nbl3Zr合金关节柄。依据IS013779-4测得』β-TCP涂层的结合强度为105MPa。实施例5将弹性模量为65GPa的Til3Nbl3Zr合金关节柄用粒度为50目的氧化铝喷砂处理4分钟，使表面变得粗糙，除去表面层。然后放入等离子体真空室，抽真空到0.133Pa，然后充Ar。喷枪距关节柄300mm,等离子体预热该关节柄4分钟,达到约400°C,等离子体派射清洗4分钟，由送粉器送入300目的Til3Nbl3Zr粉在电压60V、600A下喷涂到34 μ m致密层，再用150目的Til3Nbl3Zr粉在60V、600A下喷涂到58μπι厚度的平均孔径为150μπι的多孔层，接着用60目的钽粉在60V、600A下喷到厚度80 μ m、平均孔径为200 μ m的多孔层。外层喷涂β-TCP用60目的β-TCP粉，在60`V、600A下喷涂厚度为78μπι，平均孔μ径为150 μ m0待冷却后，取出喷涂有生物活性复合涂层的Til3Nbl3Zr合金关节柄。依据IS013779-4测得β-TCP涂层的结合强度为106MPa。实施例6将弹性模量为65GPa的Til3Nbl3Zr合金关节柄用粒度为50目的氧化铝喷砂处理4分钟，使表面变得粗糙，除去表面层。然后放入等离子体真空室，抽真空到0.133Pa，然后充Ar。喷枪距关节柄300mm,等离子体预热该关节柄4分钟,达到约400°C,等离子体派射清洗4分钟，由送粉器送入300目的Til3Nbl3Zr粉在电压60V、600A下喷涂到25 μ m致密层，再用150目的Til3Nbl3Zr粉在60V、600A下喷涂到45μπι厚度的平均孔径为150 μ m的多孔层，接着用60目的钽粉在60V、600A下喷到厚度ΙΟΟμπκ平均孔径为200 μ m的多孔层。外层喷涂羟基磷灰石用60目的羟基磷灰石粉，在60V、600A下喷涂厚度为50 μ m,平均孔径为 145 μ m0待冷却后，取出喷涂有生物活性复合涂层的Til3Nbl3Zr合金关节柄。依据IS013779-4测得羟基磷灰石涂层的结合强度为105MPa。实施例7将弹性模量为55Gpa的Ti35Nb5Ta7Zr合金关节柄用粒度为50目的氧化铝喷砂处理4分钟，使表面变得粗糙，除去表面层。然后放入等离子体真空室，抽真空到0.133Pa，然后充Ar。喷枪距关节柄300mm,等离子体预热该关节柄4分钟,达到约400°C,等离子体派射清洗4分钟，由送粉器送入300目的Ti35Nb5Ta7Zr粉在电压60V、600A下喷涂到25 μ m致密层，再用150目的Ti35Nb5Ta7Zr粉在60V、600A下喷涂到45μπι厚度的平均孔径为150 μ m的多孔层，接着用60目的钽粉在60V、600A下喷到厚度100 μ m、平均孔径为200 μ m的多孔层。外层喷涂羟基磷灰石用60目的羟基磷灰石粉，在60V、600A下喷涂厚度为50μπι，平均孔径为145 μ m。待冷却后，取出喷涂有生物活性复合涂层的Ti35Nb5Ta7Zr合金关节柄。依据IS013779-4测得羟基磷灰 石涂层的结合强度为108MPa。
权利要求
1.髋关节假体，由TiZrNb合金基体和位于所述TiZrNb合金基体上的生物活性复合涂层组成，其中所述生物活性复合涂层包括:位于所述TiZrNb合金基体上的并且成分和所述TiZrNb合金基体相同的第一 TiZrNb涂层、位于所述第一 TiZrNb涂层上的钽涂层、和位于所述钽涂层上的羟基磷灰石涂层或β-TCP涂层。
2.权利要求1的髋关节假体，其中所述TiZrNb合金选自由Til3Nbl3Zr、TI3Zr2Sn3Mo25Nb, Ti12Mo6Zr2Fe、 Ti35Nb5Ta7Zr、 Ti29Nbl3Ta5Zr、 Ti13Zr7Nb6Mo、Ti24Nb4Zr7.6Sn、Ti39Nb5Ta7Zr、Til5Zr4Nb4Ta、Ti22Nb4Zr2Sn 和 Ti35ZrlONb 组成的组。
3.权利要求2的髋关节假体，其中所述TiZrNb合金的弹性模量为50-75Gpa。
4.权利要求2的髋关节假体，其中所述第一TiZrNb金属涂层是厚度为15-50 μ m的致密涂层。
5.根据权利要求4的髋关节假体，其中在所述第一TiZrNb金属涂层和钽金属涂层之间还施加有和所述第一 TiZrNb合金涂层成分相同的第二多孔TiZrNb金属涂层。
6.权利要求5的髋关节假体，其中该第二多孔TiZrNb金属涂层的厚度为25-75μ m，平均孔径为100-150 μ m ;该钽金属涂层的厚度为50-150 μ m，平均孔径为150-300 μ m ;该羟基磷灰石或β -TCP生物活性涂层的厚度为40-100 μ m,平均孔径为100-250 μ m。
7.权利要求6的髋关节假体，其中该第一TiZrNb金属涂层的厚度为20-40 μ m ;该第二多孔TiZrNb金属涂层的厚度为40-60 μ m ;该钽金属涂层的厚度为80-120 μ m ;该羟基磷灰石或β -TCP生物活性涂层的厚度为40-80 μ m。
8.权利要求7的髋关节假体，其中该第一TiZrNb金属涂层的厚度为20-30 μ m ;该第二多孔TiZrNb金属涂层的厚度为40-60 μ m;该钽金属涂层的厚度为100-120 μ m ;该羟基磷灰石或β -TCP生物活性涂层的厚度为50-80 μ m。
9.权利要求8的髋关节假体，其中该羟基磷灰石或β-TCP生物活性涂层的厚度为50-60 μ mD
10.权利要求9的髋关节假体，其中该第一TiZrNb金属涂层的厚度为25 μ m ;该第二多孔TiZrNb涂层的厚度为50 μ m ;该钽金属涂层的厚度为100 μ m ;该羟基磷灰石或β -TCP生物活性涂层的厚度为50 μ m。
11.权利要求ι- ο任一的髋关节假体，是人工髋关节置换用的关节柄或臼杯。
12.根据权利要求1-11任一的髋关节假体的制备方法，包括制备TiZrNb合金基体，然后采用等离子喷涂方法在所述TiZrNb合金基体上喷涂生物活性复合涂层。
全文摘要
本发明公开了TiZrNb髋关节假体及其制备方法，该TiZrNb髋关节假体由TiZrNb合金基体和位于所述TiZrNb合金基体上的生物活性复合涂层组成，其中所述生物活性复合涂层包括位于所述TiZrNb合金基体上的、成分和所述TiZrNb合金基体相同的第一TiZrNb涂层、位于所述第一TiZrNb涂层上的钽涂层、和位于所述钽涂层上的羟基磷灰石涂层或β-TCP涂层。
文档编号A61L27/32GK103110982SQ201310020878
公开日2013年5月22日 申请日期2013年1月5日 优先权日2013年1月5日
发明者田杰谟, 张国强, 张琳, 曹小刚 申请人:北京固圣生物科技有限公司