[发明专利]掺杂微量元素的羟基磷灰石生物活性涂层的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于生物医用材料领域，具体涉及一种制备掺杂微量微量元素的羟基磷灰石涂层的方法。

背景技术

羟基磷灰石(Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂)，是骨骼和牙齿最主要的无机成分，具有良好的生物活性和生物相容性，广泛应用于骨等硬组织修复等方面。传统羟基磷灰石陶瓷通过烧结制备，得到的块体脆性大、韧性低，不足以满足临床应用要求。以生物医用金属作为基底，利用粉末等离子喷涂制备的羟基磷灰石涂层将羟基磷灰石良好的生物活性和生物医用金属优良的机械性能很好的结合起来，提高了羟基磷灰石在临床上的应用。这种羟基磷灰石涂层虽有良好的生物相容性，能与骨组织形成化学键合，但涂层的生物活性仍有待于提高，因此制备高生物活性羟基磷灰石涂层是现在主要的研究方向。

解决上述问题有效途径之一是采取仿生设计手段制备含硅、镁等微量元素的羟基磷灰石涂层。人骨中主要无机成分除了按照化学计量比的羟基磷灰石(Ca/P＝1.67)，还含有硅、镁、锌、铁、镧、锶、氟、碳酸根等微量元素。羟基磷灰石中不同位置的离子均可能被取代；钙离子容易被镁、镧、铁、锶、锌等金属离子取代；磷酸根离子容易被碳酸根、硅酸根等离子取代；氢氧根离子易被少量的碳酸根、氟等其他离子取代。因此，在制备羟基磷灰石的同时有选择性的掺杂一些离子从而形成结构上更接近人骨的仿生结构，性能上具有更好生物活性的羟基磷灰石。Carlisle最早在科学(Science)期刊上报道了硅在骨的形成和矿化过程中的关键性作用【Carlisle E M.Silicon：a possible factor in bone calcifcation.Science 167，279-280，1970】。Patel等对纯羟基磷灰石和含硅羟基磷灰石的体内对比研究进一步表明在在植入体表面形成含硅羟基磷灰石会显著提高骨的粘附和生长速率【Patel，N.，Gibson，I.R.，Hing，K.A.，Best，S.M.，Revell，P.A.，Bonfield，W.，A comparative study on the in vivo behavior ofhydroxyapatite and silicon substituted hydroxyapatite granules，J.Mater.Sci.：Mater.Med.13，1199-1206，2002.】。在成骨过程中镁的缺失会影响到骨新陈代谢的各个阶段，包括导致骨生长的停止、减少造骨细胞和破骨细胞的活性、导致骨的脆性变大【Percival M，Bone health &osteoporosis.Appl.Nutr.Sci.Rep.，1999，5(4)，1.】。所以在羟基磷灰石制备过程中加入硅、镁等微量元素使其进入晶格对提高羟基磷灰石生物活性具有重要意义。

现制备含硅、镁等微量元素的羟基磷灰石涂层的主要方法为溶胶-凝胶法和磁控溅射法。溶胶-凝胶法中，首先将有机磷源水解，然后加入硅源、镁源等微量元素，最后加入钙源，在一定温度下熟化一段时间后，将凝胶涂覆到预先处理好的钛或钛合金基底表面，再将表面已涂覆凝胶的钛或钛合金在一定温度下烘干，重复涂覆-烘干这一过程，最后将其在一定温度下烧结得到含硅、镁等微量元素的羟基磷灰石涂层【Natalia Hijon，M.Victoria Cabanas，Juan Pena，Maria Vallet-Regi，Dip coated silicon-substituted hydroxyapatite films.Acta Biomaterialia2(2006)567-574】。溶胶-凝胶法优点在于能保证羟基磷灰石中添加的微量元素在分子尺度化学均匀性，添加的微量元素能够顺利的进入晶格。但溶胶-凝胶法得到的涂层往往比较薄，多在1微米左右，涂层表面不均匀，且在烘干过程中涂层易开裂，涂层与基底的结合强度也较差，不适合商业化生产，也不能满足临床需要。