[发明专利]一种具有显著促细胞成骨分化性能的钽基涂层及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种具有显著促细胞成骨分化性能的钽基涂层及其制备方法和应用。所述钽基涂层是通过在基材上采用等离子喷涂方法喷涂钽涂层，并对所得钽涂层进行热处理以形成氧空位而制得。本发明的钽基涂层具有显著促细胞成骨分化性能，促进了涂层作为骨植入材料的生物学性能。

技术领域

本发明涉及一种具有显著促细胞成骨分化性能的钽基涂层及其制备方法。具体而言，是涉及一种采用等离子喷涂技术结合热处理工艺喷涂于纯钛、钛合金等金属基材表面的具有显著增强的细胞成骨分化性能的钽基涂层及其制备方法，属于医用生物涂层技术领域。

背景技术

由于人口老龄化、骨肿瘤、骨畸形以及交通事故等原因，金属骨植入材料在临床上得到了广泛应用，如钛全关节替代材料等。近年来，钽由于具有良好的抗蚀性以及促进骨再生功能，作为骨植入材料受到人们的广泛关注。

钽具有良好的生物相容性，其表面致密的自然氧化层扮演着重要的角色。众所周知，植入体的表面形貌、成分和表面能状态决定着植入体的生物学性能。金属氧化层的存在阻止了电子的转移，进而阻止任何氧化还原反应的发生。这层稳定的氧化层决定着其生物学性能。

钽氧化处理后，产生钽的氧化物随着钽基涂层中氧含量的差异，可分为化学计量比的 Ta₂O₅及过饱和的氧化钽，依次有导体、半导体和绝缘体的性质，且具有较大的禁带宽度等物化性能的变化范围。氧含量对钽结构和成分产生影响，极大地影响着钽基涂层的性能(如电阻率、禁带宽度、表面能等)。

等离子喷涂钽涂层，具有粗糙多孔表面，有利于与骨组织之间的机械嵌合。例如，中国专利申请201610877672.X公开了在钛合金基体表面通过等离子喷涂技术制备钽涂层。但是，该钽涂层的生物学性能例如成骨性能不足。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种具有显著促细胞成骨分化性能的钽基涂层及其制备方法和应用。

一方面，本发明提供一种具有显著促细胞成骨分化性能的钽基涂层，所述钽基涂层是通过在基材上采用等离子喷涂方法喷涂钽涂层，并对所得钽涂层进行热处理以形成氧空位而制得。

根据本发明，对等离子喷涂钽涂层进行热处理，使该涂层含有氧空位(氧缺位)，而氧空位对很多吸收过程起着重要的作用，特别是水分子的解离吸附，由于水合作用产生Ta-OH，充当化学活性基团，其影响表面性质，如表面能、化学反应性、催化活性、表面充电和外来分子的吸附和解吸。特别是对蛋白质吸附能力增强，且表面蛋白的不同构型，利于成骨细胞的黏附和矿化。因此，本发明的钽基涂层具有显著促细胞成骨分化性能，促进了涂层作为骨植入材料的生物学性能。

较佳地，所述基材为医用金属材料，优选为钛、不锈钢、或钴铬钼合金。本发明的钽基涂层特别适用于医用金属材料，尤其是骨植入材料，以促进其生物学性能。

较佳地，所述钽基涂层的厚度为50μm～300μm。

较佳地，所述钽基涂层的表面粗糙度为R_a＝3.8μm～6.2μm。

较佳地，所述钽基涂层中有稳定的Ta₂O₅相、TaO₂低价态的亚稳相、以及部分未被氧化的单质Ta。

较佳地，所述等离子喷涂方法以钽粉为原料，优选地，所述钽粉的粒径为1～100 μm。

较佳地，所述等离子喷涂方法的工艺参数包括：等离子体氩气35～43标准升/分钟，氢气7～15标准升/分钟，送粉速率为20～30克/分钟，喷涂距离250～300mm。

较佳地，所述热处理是在空气气氛下于100～500℃保温10～60分钟。

所述氧空位是所述钽涂层在所述热处理中由于钽的不完全氧化形成的。所述氧空位的含量可根据不同热处理的温度和/或时间来调节。