[发明专利]一种具有优良生物相容性的微米/纳米多级结构二氧化钛涂层及其制备方法

说明书

本发明涉及一种具有优良生物相容性的微米/纳米多级结构二氧化钛涂层及其制备方法，采用含有纳米TiO₂粉体的喷涂液料，利用真空感应等离子体喷涂技术在基材表面沉积得到所述微米/纳米多级结构二氧化钛涂层。本发明的制备方法具有操作简单、效率高、污染小、可重复性好、适合规模化生产等优点。

技术领域

本发明属于医用生物材料领域，具体涉及一种具有优良生物相容性的微米/纳米多级结构二氧化钛(TiO₂)涂层及其制备方法和应用。

背景技术

钛合金、不锈钢、钴铬钼常用于骨科植入器械的制造，在这些金属材料表面沉积多孔钛涂层可增加其与人体骨组织的接触面积，有助于植入体与骨组织间的长期稳定骨整合。但钛的生物惰性使得其植入后与宿主骨之间的骨整合时间较长，容易产生松动，导致种植失败。因此，如何使植入材料与宿主骨之间能快速形成稳定而持久的连接是骨植入体临床成功所面临的重要问题。

研究表明，植入体材料表面的宏观、介观与微观结构构成的局部微环境决定着细胞的生物学行为。植入材料表面微环境的构建以及对成骨相关细胞行为影响研究已成为骨修复领域的研究热点，有助于解决植入材料与宿主骨组织间整合效果不佳的问题。从仿生角度考虑，理想的骨植入体材料表面应包含微米-纳米的多级结构。相对于单一微米结构或纳米结构植入体材料，微米/纳米多级结构表面的涂层表现出微米结构和纳米结构的协同效应，能更好地提高生物相容性以及骨整合能力。

等离子喷涂是一种高效率制备无机涂层，包括生物医用的有效方法。传统的等离子喷涂技术能够制备大孔微米结构涂层，但难以获得纳米结构。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于一种具有优良生物相容性的微米/纳米结构TiO₂涂层，以及一种新型快速且能制备具微米/纳米结构生物医用TiO₂涂层的方法。

一方面，本发明提供了一种具有优良生物相容性的微米/纳米多级结构二氧化钛涂层的制备方法，采用含有纳米TiO₂粉体的喷涂液料，利用真空感应等离子体喷涂技术在基材表面沉积得到所述微米/纳米多级结构二氧化钛涂层。

本发明采用液相进料的真空感应等离子体喷涂技术，获得上述具有优良生物相容性的微米/纳米结构TiO₂涂层。其中，真空感应等离子体喷涂是采用液料(前驱体溶液或悬浮液)或粉体作为喷涂原料，通过高频感应放电方式产生等离子体进行喷涂的技术。喷涂过程中采用轴向进料以及枪内送料方式更容易将原料均匀地送入等离子射流的中心部位，提高了涂层的沉积效率以及等离子体的稳定性，有效降低制备成本。且采用高频感应放电的方式产生等离子体流，体炬大，速度低，熔融粒子发生团聚形成微米颗粒，易形成粗糙多孔的微米结构。采用液相进料，解决了直接输送纳米粉体的难题，且由于喷涂过程中液体的蒸发和挥发带走大量的热量，喷涂粒子经历的温度较低，具有降低原料颗粒长大的优点，有利于形成表面纳米结构。因此，得到了一种具有优良生物相容性的微米/纳米多级结构TiO₂涂层。

较佳地，含有纳米TiO₂粉体的喷涂液料为纳米TiO₂粉体的悬浮液，所述含有纳米TiO₂粉体的喷涂液料的溶剂为去离子水、乙醇和丙三醇中的至少一种。

较佳地，所述含有纳米TiO₂粉体的喷涂液料中纳米TiO₂粉体和溶剂的质量比为3～15％。

较佳地，所述纳米TiO₂粉体的平均粒度为10～100nm，优选为10～40nm。