[发明专利]钛表面多孔结构层低弹性模量生物活性陶瓷膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及生物医用植入体领域，特别是纯钛或钛合金材质的生物医用植入体制备技术，具体为一种钛表面多孔结构层低弹性模量生物活性陶瓷膜的制备方法。

背景技术

以钛(包括纯钛和钛合金)作为基体材质制备生物医用植入体技术已经得到广泛应用，但将纯钛或钛合金材质植入体不做表面处理直接植入生物体后，植入体与周围骨组织的结合形式主要是机械嵌合，即植入体与周围骨组织只能是在宏观层面的结合，微观上植入体不平整的表面与骨组织不平整的表面只是在局部区域结合，由于纯钛或钛合金表面的弹性模量与骨组织的弹性模量不一致，这就会导致在结合处产生应力集中，对植入体和骨组织均会产生破坏作用导致植入失败。

为了解决这一问题，人们在植入体表面沉积生物活性层，诱导骨生长从而使骨组织与植入体在微观层面实现紧密结合。目前，广泛采用的技术是在植入体表面沉积生物活性物质羟基磷灰石(HA)层。这一技术存在如下问题：在植入初期，骨组织还未能与植入体形成微观结合，而纯钛或钛合金表面的弹性模量与骨组织的弹性模量不一致，即应力集中的问题依然存在，应力的作用会导致骨组织的慢性疲劳。另外，应力还会使生物活性层发生崩解，崩解的生物活性层颗粒在植入体周围积聚后，可激发各种吞噬细胞反应，吞噬细胞吞噬颗粒后，可分泌多种与骨吸收有关的细胞因子和炎性介质，刺激破坏骨细胞进行骨吸收，导致植入体松动，而松动的植入体又加剧了生物活性层的崩解，形成恶性循环。尽管可以在植入初期使植入体不承受载荷直到骨组织生长与植入体形成微观结合，这一时期即临床上的无负荷期，但比较长的无负荷期会增加病患的痛苦。

为此，人们通过粉末冶金法等技术制备多孔结构的植入体，即钛或钛合金植入体本身具有多微小的孔结构，这会降低植入体表面的弹性模量，进而减小应力集中发生的可能性。但这种方案也带来如下问题：多孔植入体内部的孔结构内表面难以加工形成氧化膜，而在体液和负载条件下，纯钛或钛的合金的耐腐蚀性较差，腐蚀比较严重，容易向肌体释放金属离子，对受体的健康造成不利影响；另外，多孔结构植入体本身的强度还是要低于实体结构植入体的强度，这不利于植入体长时间承受载荷。从这一点来看，实体结构的植入体还是比较好的选择，但需要解决实体结构植入体存在的表面弹性模量高的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种钛表面多孔结构层低弹性模量生物活性陶瓷膜的制备方法，该方法可以在实体结构植入体表面形成多孔结构层，降低植入体表面的弹性模量。

本发明的技术方案如下：

一种钛表面多孔结构层低弹性模量生物活性陶瓷膜的制备方法，其工艺流程为：纯钛或钛合金实体→化学除油→酸洗→粉末冶金法制备多孔结构层→微弧氧化法制备含钙、磷的二氧化钛膜→电沉积法制备羟基磷灰石层→烘干。所述多孔结构层的孔隙率为30～70％，平均孔径为50～200微米，多孔结构层的厚度为30～80微米；所述二氧化钛膜的厚度为5～15微米；所述羟基磷灰石层的厚度为5～20微米。具体制备过程如下：

所述化学除油：将纯钛或钛合金浸入除油溶液中，除油过程中，溶液温度30～50℃，除油时间5～10min；所述除油溶液组成为：氢氧化钠40～60g/L，磷酸钠5～10g/L，其余为水。

所述酸洗：将纯钛或钛合金表面经过化学除油后进行酸洗，酸洗液包括无机酸和有机酸，无机酸和有机酸的摩尔比为(5～10)∶1；所述无机酸为氢氟酸、硝酸、硫酸之一种或两种水溶液，所述有机酸为柠檬酸、酒石酸、草酸和苯甲酸之任意一种；酸洗后，纯钛或钛合金表面得到钝化膜，钝化膜的厚度为1～2μm，该钝化膜能够防止纯钛或钛合金在氧化初期被微弧氧化电解液所腐蚀，提高初期氧化膜的生长速率。

所述氢氟酸为体积浓度40％的氢氟酸、硝酸为体积浓度70％的硝酸，硫酸为体积浓度95％的硫酸。

所述粉末冶金法制备多孔结构层，包括如下步骤：

1)将纯钛或钛合金粉末和尿素粉粒混合，钛或钛合金粉末的粒径为30～50微米，尿素粉粒平均粒径为50～200微米；尿素粉粒与纯钛或钛合金粉末的体积比根据多孔结构层的孔隙率确定；

2)将步骤1)形成的混合料包覆纯钛或钛合金基体表面进行烧结，其工艺参数如下：首先，将包覆混合料的植入体基体置于180～220℃、真空度1～5Pa下0.5～1小时；然后，在真空度1～5Pa，温度800～900℃条件下，保温0.5～2小时；最后，在1200～1300℃下，烧结1～3小时，植入体基体表面形成多孔结构层。

步骤1)选择的纯钛或钛合金粉末与植入体基体的材质相同。