[发明专利]一种掺杂金属陶瓷薄膜生物材料、制备方法及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及生物材料领域，具体涉及一种掺杂金属陶瓷薄膜生物材料、制备方法及其应用。

背景技术

植入患者体内的人工椎间盘、人工关节等医疗器械需要在病患体内服役十年以上，服役过程中植入器械的头-臼结构相对摩擦运动可达数千万次；摩擦导致的磨损会产生各种磨屑及金属离子；进而导致炎症反应及医疗器械失效；例如：Matevz Topolovec,Andrej C,Ingrid Milos.Metal-on-metal vs.metal-on-polyethylene total hip arthroplasty tribological evaluation of retrieved components and periprosthetic tissue.journal of the mechanical behavior of biomedical materials 34(2014)243–252；通过表面改性的方法来提高植入医疗器械在体内的耐磨损，耐腐蚀的性能，已有相关研究，例如在人工关节摩擦配副表面制备氮化物薄膜(CrN、TiN等)；Ortega-Saenz,M.A.L.Hernandez-Rodrigueza,V.Ventura-Sobrevilla,R.Michalczewski,J.Smolik,M.Szczerek.Wear 271(2011)2125–2131；F.Yildiz,A.F.Yetim,A.Alsaran,I.Efeoglu.Wear 267(2009)695–701；但是形成的氮化物层摩擦系数较大，对关节耐磨损性提高幅度有限。

发明内容

本发明公开一种在体内环境中具有磨损自润滑功能的掺杂金属陶瓷薄膜生物材料、制备方法及其应用。

本发明采用的技术方案是：一种掺杂金属陶瓷薄膜生物材料，掺杂金属的陶瓷薄膜生物材料中掺杂金属元素的原子百分比为1％～10％。

进一步的，所述掺杂金属的陶瓷薄膜为掺杂金属铜的TiN陶瓷薄膜生物材料Cu-TiN、掺杂金属铜的TiO₂陶瓷薄膜生物材料Cu-TiO₂、掺杂金属铜的CrN陶瓷薄膜生物材料Cu-CrN、掺杂金属银的TiN陶瓷薄膜生物材料Ag-TiN、掺杂金属银的CrN陶瓷薄膜生物材料Ag-CrN、掺杂金属镍的TiN陶瓷薄膜生物材料Ni-TiN，掺杂金属铬的TiN陶瓷薄膜生物材料Cr-TiN中的一种。

进一步的，所述掺杂金属的陶瓷薄膜生物材料采用金属镶嵌靶通过反应磁控溅射、金属弧源沉积和离子镀沉积中的一种方法制备。

进一步的，所述掺杂金属的陶瓷薄膜生物材料的基体为钴铬钼合金、不锈钢、钛合金中的一种。

进一步的，一种掺杂金属陶瓷薄膜生物材料的制备方法，包括以下步骤：

A、人工器官工件摩擦副表面清洗后置于真空度至少为3×10^-3Pa的真空室中；向真空室中通入氩气，使真空室气压达到0.5～2.0Pa；在工件表面施加800～1000V直流负偏压，辉光放电形成等离子体；然后对工件表面进行30分钟溅射清洗，关闭氩气；向真空室通入氩气，使真空室气压为0.5～2.0Pa，在靶材上施加3A电流，-200V～-500V电压，对金属镶嵌靶材进行20分钟溅射清洗，之后关闭偏压源，关闭氩气；

B、继续向真空室中通入含氩气体，使真空室气压达到0.5～2.0Pa；工件上施加-10～-100V的偏压，开启溅射电源，金属镶嵌靶溅射平均功率为1W/cm²～3W/cm²，在基体工件表面既得掺金属的陶瓷薄膜生物材料。

进一步的，所述掺杂金属陶瓷薄膜生物材料用于人工器官摩擦副在体内环境中的磨损自润滑。

进一步的，所述掺杂金属陶瓷薄膜生物材料在人工器官摩擦副在体内环境中促进摩擦界面形成蛋白生物膜，进一步转化为石墨润滑层。

进一步的，所述掺杂金属陶瓷薄膜生物材料在人工器官摩擦副在体内环境中可增加材料的耐磨损性。

进一步的，所述掺杂金属陶瓷薄膜生物材料在人工器官摩擦副在体内环境中提高人工器官的服役寿命。

本发明的有益效果是：

(1)本发明制备的掺杂金属的陶瓷薄膜生物材料降低了陶瓷薄膜生物材料摩擦配副之间的摩擦系数，增加了陶瓷薄膜生物材料的改性人工器官摩擦配副的耐磨损性；

(2)本发明制备的掺杂金属陶瓷薄膜生物材料可用于不同材料的表面改性；