[发明专利]医用金属基氧化钛-羟基磷灰石纳米复合涂层材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种金属基氧化钛-羟基磷灰石纳米复合材料及其制备方法，尤其是涉及一种医用金属基氧化钛-羟基磷灰石纳米复合涂层材料及其制备方法。

背景技术

在医用金属，如纯钛、钛合金、不锈钢、镁合金、锌合金、钴合金等表面涂敷羟基磷灰石、磷酸钙等生物陶瓷涂层所形成的医用金属基生物陶瓷涂层体系，由于同时拥有医用金属良好的机械力学性能和生物陶瓷的优异生物相容性，在人体硬组织修复与替换领域具有非常重要的应用价值。

医用金属通常为生物惰性材料或生物毒性材料，因此，不适合长期直接应用于人体。为改善医用金属的表面生物相容性，早期的研发工作侧重于在医用金属表面制备单一的生物相容性好的磷酸钙盐类生物陶瓷涂层[俞耀庭，生物医用材料，天津大学出版社，2000]。制备医用金属基生物陶瓷涂层采用的方法包括：化学沉积[材料开发与应用，1999，14(6)：41]、电泳沉积[Key EngineeringMaterials，2002，206(3)：397]、热喷涂[Biomaterials，2003，24(6)：949]等传统制备方法，以及等离子喷涂[CN 1451444]、电沉积[中国陶瓷，1998，34(5)：38]、水热处理[J.Mater.Sci：Mater.Med.，1999，10(2)：243]、溶胶-凝胶[公开号CN101015710]等新方法。其中一些方法，如热喷涂[Biomaterials，2003，24(6)：949]与等离子喷涂过程中本身包含高温处理过程，化学沉积[材料开发与应用，1999，14(6)：41]、电泳沉积[Key Engineering Materials，2002，206(3)：397]、电沉积[中国陶瓷，1998，34(5)：38]、水热处理[J.Mater.Sci：Mater.Med.，1999，10(2)：243]等方法中，为提高涂层与基底的结合强度，在后期需通过高温处理，这会导致热分解，进而生成一些不具有生物相容性或生物相容性较差的磷酸钙盐，从而使所制备的医用金属基生物涂层的生物相容性显著下降；中国专利CN101015710公开的采用溶胶-凝胶法制备的医用金属基单一磷灰石生物涂层，由于磷酸钙盐涂层与医用金属基之间的热膨胀系数相差几倍甚至十几倍，在制备或后期热处理过程中，磷灰石涂层内部通常会产生残余应力，容易造成涂层与基底间部分界面的结合强度下降，甚至剥离，在体内应用时出现植入失效；此外，所述现有各种方法制备的磷酸钙盐生物涂层，由于成分单一，缺乏力学增强成分，力学性能特别是断裂韧性与耐磨损性能较差，在承受较大负荷时容易发生机械性破坏。

基于医用金属/单一磷酸钙盐生物涂层体系在以上三个方面的不足，在医用金属基表面制备掺入其它物质的磷酸钙盐复合生物涂层成为新的研发热点之一，通常选用的掺入物有Ni、Co、V等医用金属，氧化锆、氧化铝、氧化钛等氧化物以及胶原、聚乳酸、壳聚糖等有机物等[崔福斋，等，生物材料学，科学出版社，1996；俞耀庭，生物医用材料，天津大学出版社，2000]。掺入医用金属虽能使涂层在机械力学性能上与基底更接近，但同样会发生生理环境对部分曝露的医用金属颗粒的腐蚀作用，因生理腐蚀而溶出的金属离子如Ni²⁺、Co²⁺、V³⁺等具有较强的细胞与组织毒性，常导致不良生理反应；有机物由于不能与磷酸钙盐晶体形成如人体骨骼中的仿生微观结构，力学性能尚不能满足长期植入体的相应要求；而氧化锆、氧化铝、氧化钛等氧化物的力学强度与医用金属基更为相近，其热膨胀系数亦介于医用金属与生物陶瓷之间，而且具有优良的生物相容性，是医用金属基生物复合涂层材料改性的理想选择。