[发明专利]悬浮液等离子喷涂制备羟基磷灰石生物活性涂层的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种羟基磷灰石生物活性涂层的制备技术，具体地说，涉及一种以羟基磷灰石悬浮液作喷涂原料，以生物医用金属作基底材料的悬浮液等离子喷涂制备羟基磷灰石生物活性涂层的新方法，属于生物医用材料制备技术领域。

背景技术

羟基磷灰石是组成骨和牙等人体硬组织的主要无机相成分，具有良好的生物活性及生物相容性。然而，由于羟基磷灰石的抗弯强度和断裂韧性较低，导致其在生理环境下的抗疲劳能力较差，因此不能单独用于承力部位的硬组织修复和替换。生物医用金属往往是生物惰性材料，不具有生物活性，植入体内后，不能与组织之间形成直接的化学键合，但它们具有优良的力学性能和抗腐蚀性能。为了克服上面所述羟基磷灰石和生物医用金属材料单独使用时的缺陷，并结合各自的优势，人们在生物医用金属材料上涂覆羟基磷灰石涂层，从而可获得既具有生物医用金属优良的力学性能，又具有羟基磷灰石良好生物活性及生物相容性的生物材料。

目前，常见的羟基磷灰石生物活性涂层的制备方法有溶胶-凝胶法、电化学法、涂敷-烧结法、离子束溅射沉积法、生物矿化沉积法和粉末等离子喷涂法。其中，粉末等离子喷涂法，是以生物医用金属为基底材料，利用5000-10000℃高温等离子体在极短时间内将用以涂敷的羟基磷灰石粉末加热熔化，并以300m/s的高速击打在生物医用金属材料表面，从而使羟基磷灰石粉末与生物医用金属基底材料之间形成牢固结合。粉末等离子喷涂法是目前国内外研究最为广泛的方法之一，并且也是迄今唯一取得成功的商业化技术，利用粉末等离子喷涂技术制成的人工关节和牙种植体等植入体产品在临床上得到了很好的应用。

然而，粉末等离子喷涂法通常采用粒径为微米级的羟基磷灰石固体粉末作为等离子喷涂原料。该等离子喷涂原料的制备一般须经过湿化学法合成、陈化、喷雾干燥、粉末造粒球化、煅烧、粉碎、球磨、分筛等一系列繁琐的工艺环节，从而导致生产效率不高和生产成本的增加。其次，在粉末等离子喷涂中，固体粉末颗粒容易聚集在一起，形成形状及大小不一的“团簇体”，这些“团簇体”经高温等离子火焰加热熔化后，再高速击打在生物医用金属基底表面形成羟基磷灰石生物活性涂层，从而导致该涂层存在结构不均匀的缺陷。

发明内容

本发明的目的正是针对上述现有粉末等离子喷涂技术中所存在的缺陷，提出一种悬浮液等离子喷涂制备羟基磷灰石生物活性涂层的新方法，该方法以生物医用金属作为基底材料，并直接以湿化学法合成的羟基磷灰石悬浮液作为等离子喷涂原料，再采用小角度雾化喷嘴或者小直径导管将羟基磷灰石悬浮液直接径向注入等离子火焰中心的高温区域；悬浮液与高温等离子火焰发生热交换，随后经过悬浮液中液体的蒸发，颗粒的破碎、熔融和沉积，直接在生物医用金属表面生成结构均匀性好的羟基磷灰石生物活性涂层。本发明方法不但简化了粉末等离子喷涂方法中制备喷涂原料的繁琐工艺环节，而且提高了生产效率和降低了生产成本。

本发明的基本思想是：以直流等离子喷涂设备作为喷涂装置，以生物医用金属作为基底材料，直接采用湿化学法合成的羟基磷灰石悬浮液作为等离子喷涂原料制备羟基磷灰石生物活性涂层。首先制备羟基磷灰石悬浮液，该悬浮液为细小的固体颗粒均匀地分散在液体介质中，再利用压力容器中充入的压缩空气或电子蠕动泵作为传送动力，并以与之相应匹配连接的耐压管作为传送介质，然后采用小角度雾化喷嘴或小直径导管将羟基磷灰石悬浮液直接径向注入等离子火焰中心的高温区域；悬浮液与高温等离子火焰发生热交换，随后经过悬浮液中液体的蒸发，颗粒的破碎、熔融和沉积，直接在生物医用金属表面生成结构均匀性好的羟基磷灰石生物活性涂层。

为实现上述目的，本发明采用由以下措施构成的技术方案来实现的。

本发明悬浮液等离子喷涂制备羟基磷灰石生物活性涂层的方法，其特征在于依次包括以下工艺步骤：

(1)羟基磷灰石悬浮液的制备

a)、或者按钙磷摩尔比1.67，配置摩尔浓度为0.5-2.5mol/L的硝酸钙水溶液和摩尔浓度为0.5-3mol/L的磷酸氢二铵水溶液；在不断搅拌下，将配置的磷酸氢二铵水溶液以5-15ml/min速率滴加到硝酸钙水溶液中进行反应，然后再将百分比浓度10％-30％的氨水以10-20ml/min速率滴加到反应液中，控制反应液pH值为9-12，保持反应温度在30-90℃，待完全反应后，静置5-15分钟，再陈化24-48小时，即制得羟基磷灰石悬浮液备用；