[发明专利]一种直接在医用镍钛合金表面制备羟基磷灰石膜层的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种镍钛合金表面制备羟基磷灰石膜层的方法。

背景技术

镍钛（NiTi）形状记忆合金由于具有形状记忆特性、超弹性、低弹性模量和良好的耐腐蚀性等优异性能，作为生物医用材料已在牙科、骨科、整复额面外科和胸外科中获得了应用。但由于NiTi形状记忆合金本身存在的问题和缺点，虽然在医学临床已经获得应用，但是作为植入材料还无法满足临床需求。NiTi形状记忆合金在临床应用中存在着两个方面的问题：(1) NiTi形状记忆合金中含有近50%(at)的Ni，长期植入过程中，由于腐蚀而引起具有潜在毒性的Ni离子溶出，从而引起人体的安全性问题；对于有些需要承受耐磨损的植入体如人工关节，由于磨损产生的碎屑会伤害人体，也同样使NiTi形状记忆合金的生物相容性降低。 (2) NiTi形状记忆合金是没有生物活性的惰性材料，不能与骨直接结合。这种植入体必然使愈合时间延长，增加患者的痛苦。NiTi形状记忆合金与骨的直接结合的应力传递是不连续的，在长期受冲击、腐蚀、磨损后，植入体易于松动，造成手术的失败。因此，如何通过表面改性克服NiTi形状记忆合金存在上述的缺点，是医学临床的迫切需求。

羟基磷灰石是构成骨和牙齿的主要成分，具有优良的生物相容性和生物活性，是典型的生物活性材料。但其力学性能较差，只能用于不承受载荷的部位。通过表面改性方法在NiTi形状记忆合金表面制备羟基磷灰石膜层，能充分发挥NiTi形状记忆合金的优良力学性能和羟基磷灰石陶瓷材料的生物活性。目前，应用表面改性在医用NiTi合金表面制备活性羟基磷灰石的方法主要有：等离子喷涂、化学处理后在模拟体液中进行仿生沉积、溶胶-凝胶方法等方法，应用上述方法虽然能在医用NiTi合金表面制备均匀的羟基磷灰石膜层，但遗憾的是所制备的羟基磷灰石膜层与基体的结合强度不高，无法满足医学临床需求。

微弧氧化是一种在金属表面原位生长氧化物陶瓷膜的新技术，将微弧氧化技术用于医用钛及钛合金表面的改性有许多优点，如所制备的陶瓷膜表面粗糙多孔，可以增加植入材料与生物体的接触面积。另外，最突出的优点是所制备的陶瓷膜层与基体具有很高的结合强度。

因此，目前研究人员的目光又纷纷落在在具有更好医用价值的镍钛合金上利用微弧氧化制备生物活性膜层，以解决现有NiTi合金无生物活性以及通过其他方法所制备的活性膜层结合强度不高的问题。与医用纯Ti及Ti-6Al-4V合金相比，NiTi合金比较难于微弧氧化，研究人员在对镍钛合金进行微弧氧化前，均对其进行预处理，如热处理、电弧离子镀设备进行镀钛等，在NiTi合金表面形成钛或者氧化钛层，再进行微弧氧化处理。这种方法虽然能够在NiTi合金表面制备氧化膜层以及生物活性膜层，但是与微弧氧化方法有着本质的不同，膜层与基体之间将不是冶金结合，很难充分发挥微弧氧化方法的优点：膜层与基体具有很高的结合强度。同时，由于预处理工艺的存在，使得工艺复杂化，生产成本较高。

通过热处理在NiTi合金表面制备TiO₂膜层，然后通过大电流击穿制备活性羟基磷灰石膜层，这种方法会在膜层表面产生大量裂纹，进一步降低膜层与基体的结合强度。即使活性羟基磷灰石膜层与基体有很高的结合强度，仍然缺乏长期稳定性。通过电弧离子镀设备进行镀钛，然后进行微弧氧化，很明显用这种方法钛与NiTi合金不是冶金结合，通过后续的微弧氧化方法所制备的膜层与NiTi合金基体的结合强度会明显低于直接通过微弧氧化在NiTi合金表面制备的膜层与基体的结合强度。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有镍钛合金表面微弧氧化制备生物活性膜层的方法中需对镍钛合金进行预处理，工艺复杂、成本高，以及得到的膜层与基体结合强度低的问题。本发明提供了一种直接在医用镍钛合金表面制备羟基磷灰石膜层的方法。