[发明专利]一种具有微量元素缓释功能的医用钛或钛合金植入材料及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于医用钛及钛合金表面纳米生物涂层技术领域。具体涉及一种具有微量元素缓释功能的医用钛或钛合金植入材料及其制备方法和应用。

技术背景

近年来，随着人口老龄化的加快，骨质疏松性骨折逐年增加，同时骨髓炎、骨关节炎以及工伤、交通事故引起的骨缺损和骨折等在也呈逐年上升的趋势，硬组织植入材料在临床中需求量以每年10-15%的速度高速增长（K. A. Hing, Bone repair in the twenty-first century: biology, chemistry or engineering, Phil. Trans. R. Soc. Lond. A 2004，362, 2821-2850.）。该领域研究所具有的深远社会影响和巨大经济效益是显而易见的。

钛及其合金是临床中广泛使用的骨组织修复和替代材料(X. Y. Liu, P. K. Chu, C. X. Ding, Surface modification of titanium, titanium alloys, and related materials for biomedical application, Mater. Sci. Eng. R 2004, 47, 49)。相比于不锈钢（189-205GPa）和Co-Cr合金（230GPa），钛及钛合金的弹性模量（105-117GPa）更接近于人骨（3-20GPa），有利于降低植入体与人骨界面的应力屏蔽，防止周围骨品质的恶化和假体的松动。同时钛无毒性，具有良好的抗腐蚀性能和生物相容性。因而在骨折固定器（骨板、骨钉）、人工关节（骨关节柄、髋关节、肘关节假体、膝关节股骨、肩关节等）等骨科以及牙齿植体等牙科临床中得到了广泛应用。

而目前医用钛植入体材料在临床使用过程中，细菌感染问题是导致植入手术失败的主要原因之一。因此，如何提高钛植入体材料的抗细菌感染的能力成为目前亟待解决的难题。 

发明内容

本发明旨在改善现有技术缺陷，目的是提供一种可提高钛植入体材料抗细菌感染能力的具有微量元素缓释功能的医用钛或钛合金植入材料及其制备方法和应用。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种具有微量元素缓释功能的医用钛或钛合金植入材料，其特征在于，它包括含钛金属基底，以及在所述含钛金属基底表面设置的纳米管生物涂层，所述纳米管生物涂层可缓释微量元素Sr、Mg、或Zn中的一种或者任意两种以上的混合。

一种具有微量元素缓释功能的医用钛或钛合金植入材料的制备方法，其特征在于，它包括以下步骤：

1）将打磨和抛光后的含钛金属片作为阳极置入电解液中进行阳极氧化；

2）将阳极氧化后的含钛金属片冲洗干燥后在100~500℃的温度下热处理1~3h小时，自然冷却后超声清洗干燥；

3）将干燥后的含钛金属片置于氢氧化锶、乙酸锶、乙酸锌、或乙酸镁中的一种或者任意两种以上的混合溶液中，在100~300℃条件下于密闭容器中水热反应0.5~12h，自然冷却，取出清洗干燥后在450-550℃的温度下热处理1~3h，即得到具有微量元素缓释功能的医用钛或钛合金植入材料。

上述方案中，所述步骤1）中阳极氧化的电压为5~60V，阳极氧化的时间为0.5~6小时，电解液为0.1~0.5 wt%的氟化物、1~5 wt%的H₂O，1~5 wt%的CH₃OH和90~97.5 wt%的乙二醇的混合溶液。

上述方案中，所述的氟化物为KF、NaF、NH₄F、或HF中的一种或者任意两种以上的混合。

上述方案中，所述的含钛金属片的钛含量为50~99.99wt%。

上述方案中，所述步骤1）中的抛光是先将打磨后的含钛金属片分别用乙醇、丙酮和蒸馏水先后进行超声清洗，再在HF：HNO₃：H₂O的体积比为1：(2~5)：(4~7)的溶液中进行化学抛光，化学抛光的时间为3～10min；然后用蒸馏水清洗，用氮气吹干。

上述方案中，所述步骤2）中的热处理是将含钛金属片置于烘箱内，在空气中进行；所述的超声清洗是依次在甲醇与水的混合溶液和蒸馏水的溶液中超声清洗5min。