[发明专利]一种髋关节假体柄表面纳米生物活性涂层及其制备方法

说明书

一种髋关节假体柄表面纳米生物活性涂层及其制备方法。特征是关节柄表面依次由Ti6Al4V基体1，金属Ti层2，金属Ti与致密陶瓷混合层3，致密陶瓷层4，致密陶瓷与BAG/HA/Si混合层5和BAG/HA/Si多元生物活性层6构成。采用非平衡磁控溅射技术依次沉积成分连续变化的多功能纳米梯度复合涂层。本发明所制备的涂层具有良好的生物活性、生物相容性和膜‑基结合强度，BAG与HA复合可调控涂层的降解速度更接近人体组织，致密过渡层能有效阻止有害金属离子的释放，Si是BAG向磷灰石转化的催化剂、对初始骨钙化有重要作用。本发明能够改善假体柄与表面涂层的结合强度，与人体骨组织形成牢固的化学结合，减少有害金属离子的释放，提高假体柄使用的可靠性。

技术领域

本发明涉及一种人工髋关节表面涂层及其制备方法，特别是一种髋关节假体柄表面纳米生物活性涂层及其制备方法。

背景技术

Ti6Al4V合金是一种常用的人工关节假体材料，以Ti6Al4V合金作为关节柄的表面镀覆纳米生物活性梯度涂层的人工髋关节假体。

自1931年国外首次报道生物氧化物涂层的研究以来，表面改性技术和涂层种类得到不断的丰富和发展。一方面研究最多、应用最广泛的羟基磷灰石（HA）涂层具有良好的生物活性和生物相容性，然而将其涂覆在Ti6Al4V合金表面时，基体与HA的热膨胀系数差别较大，因此涂层容易产生剥落，另外HA在体内的降解速度较慢，这也限制了其作为生物活性涂层的应用；另一方面，生物活性玻璃作为较早使用的生物材料之一，拥有良好的生物活性和化学稳定性、机械性能好、具有多元组分，其成分和结构可在较大范围内调整，赋予其不同的性能，微晶化处理可以有效提高其强度，通过加入碱金属和碱土金属氧化物可以改变玻璃网络三维结构从而改变其生物活性，因此在生物医学领域也得到了广泛的应用，生物活性玻璃与Ti6Al4V合金的热膨胀系数差别较小，满足Ti6Al4V合金表面涂层材料的热膨胀系数要求，然而其溶解速率过快，在新的骨组织未形成时就可能完全溶解掉。

目前生物涂层的制备技术种类繁多，可用于制备HA和生物活性玻璃涂层的制备技术也很多。HA涂层的制备方法主要有等离子喷涂法、溅射镀膜、脉冲激光沉积法、溶胶凝胶法、电泳沉积法、水热合成法等。研究发现等离子喷涂制备的涂层在高温下易分解，微孔、裂纹等缺陷较多；溶胶凝胶法制备的涂层久置易开裂；电泳沉积法制备的涂层膜-基结合差，涂层结构疏松；溅射镀膜相对于其他技术来说，粒子能量在1-10eV的范围内，制备出的膜层结构致密、成分均匀，性能稳定，沉积速度快，涂层与基体具有良好的附着力，绕镀性能好。生物活性玻璃涂层的制备技术也较多，熔融法、水热法和溶胶凝胶法都是常用的制备技术，近年来国内外也有很多学者采用磁控溅射技术制备生物活性玻璃涂层。传统的熔融法能耗较大，工艺难以精确控制；水热法制备的涂层颗粒粒度过大，薄膜质量较差；磁控溅射技术制备的涂层颗粒细小、与靶材成分的化学计量比接近，与基体的接触界面存在原子级别的扩散。磁控溅射是一种低温制备技术，靶材溅射到基底上快速冷却，以无定形态的形式存在；通常也会造成HA缺失了羟基，这就需要后续的热处理来恢复羟基，提高涂层的结晶度。

发明内容

本发明的目的是要提供一种具有屏蔽离子释放能力、优异生物活性及良好附着力的髋关节假体柄表面纳米生物活性涂层及其制备方法，解决Ti6Al4V合金制造的人工髋关节关节柄与周围骨组织结合不牢固，术后容易产生松动及有害铝、钒离子的溢出的问题。