[发明专利]多孔钽酸钙/纳米纤维状羟基磷灰石生物活性涂层的制备工艺

说明书

技术领域

本发明属于医用金属表面生物活化改性技术领域，涉及一种钽基医用种植体表面生物活性涂层的制备技术，尤其是一种多孔钽酸钙和纳米纤维状羟基磷灰石双层结构涂层的微弧氧化和水热制备技术，以构建具有良好力学和生物学性能的人体硬组织修复与替换器件。

背景技术

钽具有良好的生物相容性，在人造骨、髋或膝关节头假体、整形外科等方面有重要应用潜力。但钽属于生物惰性材料，在植入早期不能与骨形成化学结合，也没有促进新骨形成的能力，治愈时间较长，因此需对其进行表面生物活化改性。羟基磷灰石（HA）是人体骨骼的重要组分，具备良好的生物活性，促进新骨形成的能力较高，是进行材料表面改性的良好选择。羟基磷灰石的形态对骨形成能力有较大影响。已经知道，骨基质主要由胶原纤维和生长于其周围的HA构成，成纳米纤维形态，细胞对此结构组态呈独特的成骨效应。即使是生物惰性材料，细胞在植入材料表面的纳米纤维网络基面上的附着量不仅远高于同质致密基面，也高于胶原致密基面。纳米形态表面相比于微米形态更有利于细胞的粘附和生长。现有的等离子喷涂、激光熔覆、离子束增强沉积、磁控溅射、微弧氧化等技术可在致密金属基体表面获得羟基磷灰石，但得到的羟基磷灰石并不是纳米纤维状，与骨中无机矿物磷灰石的结晶形态相距甚远，致使其促进新骨形成的能力较低。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种多孔钽酸钙/纳米纤维状羟基磷灰石生物活性涂层的制备工艺，该工艺首先采用微弧氧化在钽基体表面制备含钙和磷的钽酸钙基复相层，即是以含钙和磷的水溶液为电解液，采用脉冲电源在高电压下对钽基体进行微弧氧化，然后在特定的水热环境条件下对含钙和磷的钽酸钙基复相层进行水热处理。得到的双层结构涂层具有如下结构和性能特征：内层（与基体毗邻）为钽酸钙基复相层，即由钽酸钙及微量的五氧化二钽和一氧化钽构成，在形态上呈多微孔结构；表层为纳米纤维状羟基磷灰石，纤维呈倾斜或平行于钽酸钙基复相层两种取向。该双层结构涂层与基体之间无不连续界面，具有高的结合强度。在类体液环境中能快速诱导形成骨磷灰石，具有良好的生物活性。

本发明的目的是通过以下技术方案来解决的：

这种钽基表面双层生物活性涂层的制备工艺，包括以下步骤：

1）钽的微弧氧化：

将0.1～0.5M的(CH₃COO)₂Ca溶液和0.01～0.06M的β-C₃H₇Na₂O₆P（β-GP）溶液之一种或其复配水溶液制成电解液，以金属钽片为阳极、不锈钢为阴极置于电解液中；采用直流脉冲电源，在正电压450～510伏特、负电压50～100伏特、频率50～3000赫兹、占空比10～40%、阴阳极板间距8～10厘米、电解液温度10～40℃的条件下，对钽片进行3～20分钟的微弧氧化处理，得到含钙和磷的钽酸钙基复相层；

2）含钙和磷的钽酸钙基复相层的水热处理：

将浓度为0.002～0.04M的β-C₃H₇Na₂O₆P溶液注入水热反应釜中，溶液填充度为5%～30%，并将钽酸钙基复相层/钽片样品悬挂于溶液上方或浸泡入溶液中，在100～200℃的条件下对其水热处理1～24小时，即可在钽表面得到所述双层结构涂层。

以上方法得到的双层结构涂层，内层（与基体毗邻）为钽酸钙基复相层，即由钽酸钙及微量的五氧化二钽和一氧化钽构成，其厚度为24～27微米，在形态上呈多微孔结构，孔径为3～5微米；表层为纳米纤维状羟基磷灰石，纤维直径为40～90纳米，呈倾斜或平行于钽酸钙基复相层两种取向。该双层结构涂层与基体之间无不连续界面，具有高的结合强度。

本发明具有以下有益效果：

1）本发明配制的微弧氧化电解液和水热溶液成分简单，易于控制，不含易分解成分，且工艺稳定；

2）本发明的双层结构涂层与基体之间无不连续界面，具有高的结合强度；

3）本发明制得的生物活性涂层具有良好的生物活性，在模拟体液中能快速的诱导出羟基磷灰石；

4）本发明双层结构涂层中羟基磷灰石的纳米纤维形态可显著促进细胞的粘附和生长。

附图说明

图1使用本发明经过微弧氧化处理所制备的含磷和钙的钽酸钙基复相层（实施例1微弧氧化层）的表面形貌和断面形貌SEM照片；