[发明专利]一种具有微纳多级结构的高活性钛基钽涂层的制备方法

说明书

本发明提供一种具有微纳多级结构的高活性钛基钽涂层的制备方法，包括S1)、将钛基金属表面喷砂处理后，以高生物活性的钽粉为原料，使用等离子喷涂技术在钛基金属表面制备高活性钛基钽涂层；S2)、将高活性钛基钽涂层材料表面进行激光辐照处理，此时钛基钽涂层表面吸收激光能量在空气氛围下发生熔融和冷却，生成凹槽和熔融材料堆积区，同时还会生成蒸汽和等离子体膨胀的羽流向空气中逸散，并快速冷却形成纳米级颗粒堆叠在涂层表面，最终形成由凹槽，熔融材料堆积及快冷颗粒堆叠等组成的微纳米多级结构。本发明得到的具有微纳多级结构的高活性钛基钽涂层，在引入活性材料的同时模拟骨组织的微纳多级结构，具有显著提高的生物活性。

技术领域

本发明涉及生物医用材料技术领域，尤其是一种具有微纳多级结构的高活性钛基钽涂层的制备方法。

背景技术

钛基金属因其优异的力学性能及易加工的特点成为骨科植入物领域临床应用量最大的生物材料之一。

然而钛基金属表面为生物惰性，难以直接与骨组织化学键合，植入体内后成骨速度慢，临床使用效果有待改善。因此，对钛基金属进行表面改性，是解决上述问题的重要途径。

目前，钛基金属表面改性的思路一方面是引入生物活性高的新材料制成涂层；另一方面是模仿天然骨的微纳米多级结构，在其表面构建仿生结构以提高骨植入物的成骨速度。

近年来，钽(Ta)金属因其优异的化学稳定性、耐腐蚀性能及生物相容性被称为“亲生物金属”，已逐步成为外科植入物材料热门研究对象。

然而钽金属的弹性模量偏高，作为骨替代材料容易在体内造成应力屏蔽，甚至导致植入失效，因此制备钛基钽涂层植入材料可结合钛基金属优异力学性能和钽金属的高生物活性两种特点，获得综合性能优异的骨植入材料。

钽具有高熔点(2980℃)，是一种难熔金属，因此目前报道的钽金属的制备方法较少，主要有气相沉积、离子注入和3D打印和等离子喷涂等。与其他方法相比，等离子喷涂制备钽涂层具有成型速度快，工艺相对成熟简单，结合力牢固，易于大规模生产等优点，已成为当前广泛应用的生物医用材料表面处理的方法。而针对模仿天然骨在钛基材料表面制备微纳米多级结构方面，目前往往通过化学及电化学处理的方法(如阳极氧化等)来实现，已取得一定成效，而后续为进一步提高材料表面的生物活性及成骨性能，期望能够制备具有微纳米多级结构的材料表面。目前通过传统化学或电化学方法尚未能快速高效地构建此类结构。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种具有微纳多级结构的高活性钛基钽涂层的制备方法。本发明采用了激光辐照技术在等离子喷涂的高活性钛基钽涂层表面快速高效地构建微纳米多级结构，以进一步提高此类植入物的生物活性。

本发明的技术方案为：一种具有微纳多级结构的高活性钛基钽涂层的制备方法，所述的方法通过等离子喷涂技术在钛基金属表面制备高活性钽金属涂层，再使用激光辐照技术将钽涂层进行辐照处理，使其吸收激光能量产生熔融、蒸发、等离子体膨胀及相应的冷却过程，从而形成由凹槽、冷却物堆积堆叠形成的微纳多级结构，最终制备出具有微纳多级结构的高活性钛基钽涂层，以提高涂层的蛋白吸附能力及生物活性；具体包括以下步骤：

S1)、将钛基金属表面喷砂处理后，以高生物活性的钽粉为原料，使用等离子喷涂技术在钛基金属表面制备高活性钛基钽涂层；

S2)、将高活性钛基钽涂层材料表面进行激光辐照处理，此时钛基钽涂层表面吸收激光能量在空气氛围下发生熔融和冷却，生成凹槽和熔融材料堆积区，同时还会生成蒸汽和等离子体膨胀的羽流向空气中逸散，并快速冷却形成纳米级颗粒堆叠在涂层表面，最终形成由凹槽，熔融材料堆积及快冷颗粒堆叠等组成的微纳米多级结构。

作为优选的，步骤S1)中，所述喷砂处理是指使用Al₂O₃粉末对钛基材料表面进行喷砂预处理，为后续等离子喷涂处理做准备。