[发明专利]减摩增韧金属/陶瓷仿生多层膜人工关节

说明书

技术领域

本发明涉及植入医疗器械领域，具体是指减摩增韧金属/陶瓷仿生多层膜人工关节。

背景技术

临床使用的人工关节多是由生物惰性的金属材料制成，如不锈钢、钛合金等。日常活动中，人工关节在频繁的摩擦作用下极易发生磨损。临床实验发现，磨屑在体内积聚能诱发基体细胞产生一系列不良生物反应，导致假体周围骨质溶解和无菌松动，严重影响了人工关节的质量和使用寿命。因此，研究耐磨损、生物相容性好和性价比高的新型人工关节材料对提高人们的生活质量具有重要意义。金属材料人工关节具有良好的力学性能，但是与人体骨组织不能形成生物结合，植入几年后，往往会松动下沉，导致关节植入体在初始固位及远期疗效上难以满足临床应用要求。

近年来，人们致力于通过溶胶凝胶法、等离子喷涂法等技术在金属材料表面生长羟基磷灰石涂层的研究，并取得了一定的进展。但这类涂层的脆性极大，存在着涂层与金属基体结合强度低、生物稳定性差等缺陷，在应力作用和体液侵蚀作用下，涂层还会发生融解脱落等问题。

TiB₂是一种具有良好的生物相容性，无毒副作用的生物材料，但它属于高硬脆性材料，一方面，难以用常规方法在金属基体表面沉积；另一方面，它的脆性难以克服，从而限制了其临床使用。

研究发现，由占总量1～5%的有机质层充填硬度较高的文石晶体层构成的贝壳珍珠层，具有较优异的力学性能，增加的大量界面阻碍了裂纹的扩展，从而提高了涂层的韧性。

发明内容

本发明的目的是：针对目前临床使用的不锈钢、镍钛形状记忆合金、医用钛合金及钴铬合金存在的不足，模拟天然贝壳材料表层的有机/无机层状复合结构，提出一种减摩增韧金属/陶瓷仿生多层膜人工关节，以提高人工关节的使用寿命。

本发明的技术解决方案是：该仿生多层膜人工关节包括人工关节基体，人工关节基体的材料为不锈钢、镍钛形状记忆合金、医用钛合金或钴铬合金，其特征在于：该仿生多层膜人工关节是在人工关节基体的表面上生长仿生多层膜，仿生多层膜由软金属膜层与硬陶瓷膜层相互交替生长，其厚度为50nm至30μm。

其中，软金属膜层为纯Ti，硬陶瓷膜层为TiB₂。

其中，该仿生多层膜的周期数为2～20层。

其中，该仿生多层膜采用超高真空磁控溅射方法生长，阴极采用高纯度金属钛和热压烧结陶瓷TiB₂为靶材，溅射功率10～500W，工作气压0.1～0.7Pa，衬底加热温度250～450℃，基底负偏压0～60V。

其中，该仿生多层膜人工关节的具体生产步骤如下：

（1）用不锈钢、镍钛形状记忆合金、医用钛合金或钴铬合金加工好人工关节基体；

（2）将人工关节基体的表面进行机械研磨和电化学抛光处理；

（3）在超高真空磁控溅射设备中进行仿生多层膜的生长，仿生多层膜由软金属膜层与硬陶瓷膜层相互交替生长，仿生多层膜的周期数为2～20层，每个周期中软金属膜层的厚度为5nm～1μm，硬陶瓷膜层的厚度为50nm～500nm；

（4）生长完备的人工关节经清洗、晾干、灭菌后包装，待用。

本发明与现有技术相比，其显著优点：（1）模拟天然贝壳材料表层的有机/无机层状复合结构和润滑减摩功能，在人工关节基体表面生长生物相容性好的TiB₂陶瓷涂层，显著改善了人工关节的生物相容性和耐人体体液腐蚀性能，可减轻其组织反应和无菌松动；（2）多层膜中的钛层作为与基体的结合层，可实现TiB₂陶瓷涂层的外延生长，膜层与基体结合牢固，另外，层状复合结构的韧性可有效缓冲瞬时冲击对涂层带来损伤；（3）在人工关节基体的表面构建仿生多层膜，人工关节表面光滑，改善了金属表面的润湿性、生物相容性，减少摩擦和磨损，提高人工关节使用寿命的作用。附图说明

图1为本发明金属/陶瓷仿生多层膜结构示意图。

图中：1人工关节基体，2软金属膜层，3硬陶瓷膜层。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细描述，这些实施例不能理解为是对技术方案的限制。

实施例1：