用于在医用PEEK材料的表面上涂覆具有微孔结构的钛的方法与流程

本发明的公开内容涉及一种用于在医用peek材料的表面上进行涂覆的方法，更具体地，本发明的公开内容涉及一种用于在医用peek材料的表面涂覆具有微孔结构的钛的方法，其中在用于植入人体的医用材料如椎体间融合笼或装置的诸如聚醚醚酮(peek)或碳纤维增强的peek(cfr-peek)的材料的表面上形成具有微孔结构的二氧化钛(tio2)薄膜。

背景技术：

通常，聚醚醚酮(peek)或碳纤维增强peek(cfr-peek)被广泛用于椎体间融合笼或装置的材料。

peek材料是一种硬质聚合物，并且peek材料表面的生物相容性(材料在特定情况下表现出适度宿主反应的能力)较低，因此，使用生物相容性较高的钛以常规处理方法例如热喷涂法对peek材料的表面进行改造。

韩国专利第10-0993310号公开了使用热喷涂法提高涂覆质量的钛涂覆方法和钛涂覆设备。

然而，在所公开的热喷涂法中，涂层的厚度为约60μm至约100μm，因此涂层的厚度相对较大并且与基材的附着力相对较小。因此，当将用所公开的热喷涂方法涂覆的材料植入人体时，涂层易于剥离。

相关的现有技术是韩国专利第10-1274229号和韩国专利第10-0993310号。

技术实现要素：

技术问题

开发本发明以解决相关技术的上述问题。本发明提供了一种用于在医用peek材料表面上进行涂覆的方法，其能够借助通过磁控溅射法在医用peek或cfr-peek材料的表面上涂覆钛和借助通过阳极氧化法形成具有微孔结构的二氧化钛(tio2)薄膜来提高生物相容性。

技术方案

根据一个示例性实施方式，在该方法中，通过磁控溅射将钛涂覆在聚醚醚酮(peek)的表面上。通过电磁抛光设备对涂覆在peek的表面上的钛的表面进行抛光。通过阳极氧化处理在钛的抛光表面上形成具有微孔结构的二氧化钛(tio2)薄膜。

在一个示例中，在涂覆钛期间，可以将钛靶材布置在磁控溅射设备的腔室内。可以将非活性气体注入腔室内。可以在预定的温度和压力条件下向钛靶材施加预定的电压，以在peek的表面上涂覆钛。

在一个示例中，在peek的表面上涂覆钛期间，压力可以为约5×10^-3托，温度可以为约100℃至约150℃，并且功率可以为约2kw至约3kw。

在一个示例中，在peek的表面上涂覆的厚度可以为约2.5μm至约3.0μm。

在一个示例中，在peek的表面上涂覆钛期间，在旋转peek的情况下通过在钛靶材和peek之间施加的电压可产生钛等离子体，并且通过电极产生的磁场到达peek，使得可以将在钛靶材表面的周围产生的钛等离子体离子涂覆在peek的表面上。

在一个示例中，电磁抛光设备可以包括磁场发生器、磁场转换器、抛光接受器和接纳版。磁场发生器可以具有产生n极磁场的永磁体和产生s极磁场的永磁体。磁场转换器可以旋转磁场发生器，从而以相对短的周期反复转换n极磁场和s极磁场的位置。抛光接收器可以被构造成，在其中容置表面涂覆有钛的peek和具有磁性的抛光材料，在其中供应通过磁场发生器产生的磁场。接纳版可以布置在磁场转换器上方并且可以接纳抛光接收器。

在一个示例中，在抛光期间，可以将液体和抛光材料提供到具有预定体积的抛光接收器中。可以将表面涂覆有钛的peek布置并固定在抛光接收器中。可以通过磁场发生器向抛光接收器产生磁力。由于所产生的磁力，抛光材料可以相对于表面涂覆有钛的peek沿预定方向移动，从而可以对涂覆在peek的表面上的钛进行抛光以平坦化。

在一个示例中，抛光材料可以是sus304。

在一个示例中，在形成二氧化钛薄膜期间，可以将涂覆有抛光的钛的peek和铂(pt)浸入阳极氧化设备的电解液中。可以使直流电源的阳极与涂覆有抛光钛的peek电连接，可以使直流电源的阴极与铂电连接。在一个示例中，可以在预定温度将预定电压和预定电流施加到阳极和阴极，以对抛光的钛的表面进行阳极氧化，从而可以形成具有微孔结构的二氧化钛薄膜。

在一个示例中，电解液可包含3.75摩尔的naoh。

在一个示例中，在形成二氧化钛薄膜期间，温度可以为约18℃，电压可以为约10v至约15v，电流可以为约0.5a至约1a。

有益效果

根据本示例性实施方式，通过作为物理气相沉积方法之一的磁控溅射法形成厚度为约1μm至3μm的钛薄膜，因此与常规的涂覆方法相比，涂层更均匀并且附着性更高。

另外，使用阳极氧化法(阳极氧化)在涂覆于peek的表面的钛的表面上形成具有微小尺寸孔隙度的二氧化钛tio2薄膜，从而可以提高与骨髓的生物相容性。

另外，对涂覆的钛层进行后处理，然后在阳极氧化法中施加均匀的电流密度，并由此均匀地形成孔隙度。另外，在阳极氧化法中，代替使用常规的酸性电解液，采用了使用碱性电解液的方案，由此可以使由于酸残留物引起的危险最小化。

另外，在peek的表面上涂覆钛期间，采用优化的条件，例如压力为约5×10^-3托、温度为约100℃至约150℃并且功率为约2kw至约3kw，由此可以增加两种不同物质之间的附着力。

另外，使用电磁抛光设备对涂覆在peek上的钛的表面进行后处理，因此在阳极氧化法中，施加均匀的电流密度使得阳极氧化产物可以更均匀。

附图说明

图1a、图1b和图1c是分别示出在涂覆之前、溅射之后和阳极氧化之后的peek状态的图像；

图2是示出根据本发明示例性实施方式的用于在医用peek材料表面上进行涂覆的方法的流程图；

图3是示出在图2的用于在医用peek材料表面上进行涂覆的方法中，用于涂覆钛的方法的流程图；

图4是示出图3的用于涂覆钛的方法中使用的磁控溅射设备的示意图；

图5是示出在图2的方法中，用于使用电磁抛光设备进行抛光的方法的流程图；

图6是示出图5的抛光方法中使用的电磁抛光设备的示意图；

图7是示出在图2的方法中用于形成二氧化钛(tio2)薄膜的方法的流程图；以及

图8是示出在图7的用于形成薄膜方法中使用的阳极氧化设备的示意图。

*附图标记

10：磁控溅射设备20：电磁抛光装置

30：阳极氧化设备

具体实施方式

在下文中，参考附图更充分地描述本发明，附图中示出了本发明的实施方式。然而，本发明可以许多不同的形式实施并且不应被解释为限于在本文中阐述的实施方式。而是，提供这些实施方式使得本公开将会全面和完整，并且将向本领域技术人员充分传达本发明的范围。在附图中，为了清楚起见，可以夸大层和区域的尺寸和相对尺寸。

应理解，虽然在本文中可以使用术语第一、第二、第三等来描述各种元件、部件、区域、层和/或部分，但是这些元件、部件、区域、层和/或部分不应受这些术语的限制。这些术语仅用于将一个元件、部件、区域、层或部分与另一个元件、部件、区域、层或部分进行区分。因此，在不脱离本发明的教导的情况下，下面讨论的第一元件、部件、区域、层或部分可以被称为第二元件、部件、区域、层或部分。

为了便于描述，本文中可以使用空间相对术语，例如“在...之下”、“在...下方”、“下部”、“在...上方”、“上部”等，以描述如图中所示的一个元件或特征与另一个元件或特征的关系。应理解，除了附图中描绘的定向之外，空间相对术语还意图涵盖装置在使用或操作中的不同定向。例如，如果附图中的装置被翻转，则被描述为在其他元件或特征“下方”或“之下”的元件于是将被定向为在其他元件或特征“上方”。因此，术语“在…下方”可以涵盖在…上方和在…下方两个定向。装置可以按其他方式定向(旋转90度或以其他定向)，并相应地解释本文中使用的空间相对描述语。

本文中所用的术语仅出于描述特定实施方式的目的，而并非意欲限制本发明。如本文所用，未带数量指示的单数形式旨在也包括复数形式，除非上下文另有明确规定。还应理解，术语“包含”当用于本说明书中时，说明存在所陈述的特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件，但不排除存在或添加一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元件、部件、和/或其组合。除非另有定义，在本文中使用的所有术语(包括技术和科学术语)所具有的含义与本发明所属领域的普通技术人员所通常理解的相同。还应理解，术语，例如在常用词典中定义的那些术语，应被解释为具有与其在相关领域的背景中的含义一致的含义，并且不应以理想化或过度正式的意义解释，除非在本文中明确地如此定义。

在下文中参考附图更充分地描述本发明，附图中示出了本发明的实施方式。

图1a、图1b和图1c是分别示出在涂覆之前、溅射之后和阳极氧化之后的peek状态的图像。图2是示出根据本发明的示例性实施方式的用于在医用peek材料表面上进行涂覆的方法的流程图。

参考图1a和图2，在用于在医用peek材料的表面上涂覆具有微孔结构的钛的方法中，通过磁控溅射将钛涂覆(沉积)在聚醚醚酮(peek)的表面上(步骤s100)。

在此，使用磁控溅射设备10进行涂覆，并以钛(ti)为靶。因此，通过磁控溅射将钛涂覆或沉积在peek的表面上。

在本示例性实施方式中，用于涂覆的磁控溅射设备并不限制为如图中所示。

图3是示出在图2的用于在医用peek材料表面进行涂覆的方法中，用于涂覆钛的方法的流程图。图4是示出在图3的用于涂覆钛的方法中使用的磁控溅射设备的示意图。

参考图3和图4，磁控溅射设备包括腔室12、电极13、基材14和供气单元15。腔室12形成用于在腔室12内部进行溅射的空间。钛靶材11安装在电极13上。多个peek100布置在基材14上，并且彼此以预定距离布置。供气单元15向腔室12中提供非活性气体。

如图4所示，将钛靶材11安装在腔室12内布置的电极13上，并将多个peek100以预定距离定位在基材14上(步骤s110)。

然后，供气单元15将非活性气体例如氩气(ar)注入到腔室12中(步骤s120)。然后，在预定的温度和压力条件下向钛靶材11施加预定的电压，以在peek100上涂覆或沉积钛(步骤s130)。

例如，在旋转peek100的情况下，通过在钛靶材11和peek100之间施加的电压产生钛等离子体16，并且由电极13产生的磁场到达peek100，从而将在钛靶材11的表面周围产生的钛等离子体离子17涂覆或沉积在peek100上。

在此，在本示例性实施方式中，压力可以为约5×10^-3托，温度可以为约100℃至约150℃，并且功率可以为约2kw至约3kw。

因此，如图1b所示，形成了表面涂覆或沉积有钛的peek101，在此，涂覆或沉积的钛的厚度为约2.5μm至约3.0μm。

然后，将涂覆或沉积有钛的peek101表面通过电磁抛光设备20进行抛光(后处理)(步骤s200)。

图5是示出在图2的方法中，用于使用电磁抛光设备进行抛光的方法的流程图。图6是示出图5的抛光方法中使用的电磁抛光设备的示意图。

如图6所示，电磁抛光设备20包括磁场发生器23、磁场转换器24、抛光接收器26和接纳版27。磁场发生器23具有产生n极磁场的永磁体21和产生s极磁场的永磁体22。磁场转换器旋转磁场发生器23，从而以相对短的周期反复转换n极磁场和s极磁场的位置。表面涂覆或沉积有钛的peek101和具有磁性的抛光材料25被提供到抛光接收器26中，并且由磁场发生器23产生的磁场被供应到抛光接收器26中。接纳版27布置在磁场转换器24上方并接纳抛光接收器26。

参考图5和图6，将液体29和抛光材料25提供到抛光接收器26中，并在抛光接收器26中将其彼此混合(步骤s210)。在此，抛光材料25可以是sus304。

然后，将其上涂覆或沉积有钛的peek提供到抛光接收器26中并固定在抛光接收器26的内部(步骤s220)，然后通过磁场发生器23将磁力施加到抛光接收器26(步骤s230)。

在此，在磁场产生器23中，永磁体21和22固定在圆形板28上。磁场发生器23布置在抛光接收器26下方，并将磁力或磁场提供到抛光接收器26中。在图6所示的结构中，圆形板28可以是阻挡磁力或磁场的非磁性材料。或者，磁场发生器23可以是电磁体。

然后，利用施加于抛光接收器26的磁力，使抛光材料25相对于表面涂覆或沉积有钛的peek沿预定方向移动，从而将涂覆或沉积在peek的表面上的钛进行抛光以平坦化(步骤s240)。

在此，涂覆或沉积的钛相对于抛光材料25移动，由此在涂覆或沉积的钛与抛光材料25之间产生的相对摩擦力以促使对peek的表面上的钛进行抛光。

然后，在对涂覆或沉积在peek101的表面上的钛的表面进行抛光之后，通过阳极氧化设备在peek101的表面上形成具有微孔结构的二氧化钛(tio2)薄膜(步骤s300)。

图7是示出在图2的方法中用于形成有二氧化钛(tio2)的薄膜的方法的流程图。图8是示出在图7的用于形成薄膜方法中使用的阳极氧化设备的示意图。

参考图7和图8，将peek101和铂(pt)32浸入阳极氧化设备30的电解液31中(步骤s310)。

在此，在本示例性实施方式中，电解液31可包含3.75摩尔的naoh。

然后，将直流电源的阳极与peek101电连接，并将直流电源的阴极与铂32电连接(步骤s320)。

然后，在预定温度将预定电压和预定电流施加于阳极和阴极，以对抛光的钛表面进行阳极氧化，从而形成具有微孔结构的二氧化钛薄膜(步骤s330)。在此，在本示例性实施方式中，温度可以为约18℃，电压可以为约10v至约15v，电流可以为约0.5a至约1a。

由此，如图1c所示，完成在其上形成了具有微孔结构(或微孔隙度)的二氧化钛薄膜的peek102。

根据本示例性实施方式，通过作为物理气相沉积方法之一的磁控溅射法形成了厚度为约1μm至3μm的钛薄膜，因此与常规的涂覆方法相比，涂层更均匀并且附着性更高。

另外，使用阳极氧化法(阳极氧化)在涂覆于peek的表面的钛的表面上形成了具有微小尺寸孔隙度的二氧化钛tio2薄膜，从而可以提高与骨髓的生物相容性。

另外，对涂覆的钛层进行后处理，然后在阳极氧化法中施加均匀的电流密度，并由此均匀地形成孔隙度。另外，在阳极氧化法中，代替使用常规的酸性电解液，采用了使用碱性电解液的方案，由此可以使由于酸残留物引起的危险最小化。

另外，在peek的表面上涂覆钛中，采用优化的条件，例如压力为约5×10^-3托、温度为约100℃至约150℃并且功率为约2kw至约3kw，并由此可以增加两种不同物质之间的附着力。

另外，使用电磁抛光设备对涂覆在peek上的钛的表面进行后处理，因此在阳极氧化法中，施加均匀的电流密度使得阳极氧化产物可以更均匀。

尽管已经描述了本发明的示例性实施方式，但应理解，本发明不限于这些示例性实施方式，而且本领域普通技术人员可以在如以下要求保护的本发明的精神和范围内做出各种改变和修改。