[发明专利]一种有序棒状羟基磷灰石涂层及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及无机非金属材料和生物医用材料领域的人工骨修复材料的制备技术，特别涉及一种有序棒状羟基磷灰石涂层及其制备方法。

背景技术

骨髓炎、骨肿瘤、骨囊肿等手术切除以及创伤引起的大面积骨缺损是目前国内外临床医学中最常见、最棘手的问题之一。生物医用金属及合金，由于具有良好的物理和化学稳定性，无毒、无热源反应、不致畸、不致癌及价格适当、易于加工等特点，已经成为临床研究和应用最为广泛的硬组织植入材料。然而，生物医用金属及合金通常为生物惰性材料，缺乏良好的生物相容性、生物活性和骨诱导性。为了改善其生物学性能，通常采用表面改性技术，在金属基体表面沉积生物活性陶瓷。

羟基磷灰石是天然骨的主要无机成分，在骨质中大约占60wt%。羟基磷灰石具有良好的生物活性和生物相容性，植入人体后能在短时间内与人体的软硬组织形成紧密结合。纳米级的晶体有利于细胞的粘附、生长、分泌胶原、吞噬降解、促进钙化，实现天然骨的正常重建过程，是一种性能非常优良的硬组织骨修复替代材料，目前已成功应用于牙科、整形外科和上颌面重建等领域。以医用金属为基体的羟基磷灰石涂层不仅能够展现金属与骨骼相匹配的力学性能，还能发挥羟基磷灰石涂层优良的生物相容性和生物活性。

目前对于涂层材料，特别是羟基磷灰石涂层材料的研究已经非常广泛。其中，贺定勇等（专利号200910088402）采用微束等离子喷涂设备将羟基磷灰石粉末在基体上喷涂底层和在底层上喷涂表面层，制备的复合涂层具有较好的生物活性与较好的生物稳定性，涂层与基体之间具有较高的结合强度。黄安国等（专利申请号201210275605.2)利用激光熔覆技术制备一种含氟羟基磷灰石生物陶瓷涂层，它将陶瓷涂层良好的生物活性和金属的高强度、良好的韧性结合在一起，并使含氟羟基磷灰石涂层兼具保护钛合金基板免受人体生理环境腐蚀的作用。吕宇鹏等（专利号200410036300）采用双工艺等离子喷涂法制备出了表面纳米化的羟基磷灰石涂层，涂层与基体结合牢固，表层致密并具有仿生结构，具有良好的生物相容性、较快的成骨速度、界面结合牢固、长期稳定性好等优势。黄利平等（专利申请号201210488252.4）采用真空等离子体喷涂技术在经表面预处理后的基材上制备钽-羟基磷灰石涂层，这种材料具有适于细胞的黏附和生长且适于植入体在硬组织中固定。但是，采用激光熔覆制备技术、等离子体喷涂技术、热喷涂技术的主要缺点是：高温下喷涂得到的涂层中存在羟基磷灰石非晶相，植入体内后非晶相易生物降解，导致涂层从基体表面脱落。

发明内容

本发明的目的是提供一种有序棒状羟基磷灰石涂层，该涂层的羟基磷灰石与金属基体之间结合力强，不易脱落，羟基磷灰石为有序棒状结构、具有一定的取向性，生物活性和生物相容性良好。

本发明的另一个目的是提供上述有序棒状羟基磷灰石涂层的制备方法，该制备工艺不仅简单而且制备周期短，生产成本低。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种有序棒状羟基磷灰石涂层，其特征在于：所述涂层以金属材料作为基体，并在金属材料表面涂有羟基磷灰石涂层，该羟基磷灰石涂层呈有序棒状结构，棒的长度为200～600nm，直径为40～200nm。

上述有序棒状羟基磷灰石涂层的制备方法，其步骤包括，

（1）生物玻璃前驱体的制备：将钙源、硅源、磷源、钠源、钾源、镁源、铝源、锌源、硼源、锶源加入到含有硝酸的乙醇中，于20℃-180℃下催化水解，在20-160℃下密封陈化0.5-4天；

（2）生物玻璃涂层的制备：将金属基体切割成骨损伤修复所需的形状，预处理后干燥；将干燥的金属基体浸入生物玻璃前驱体溶胶中，采用浸渍提拉法，将生物玻璃前驱体沉积在金属基体表面，经过350℃-700℃高温煅烧，并重复2-3次，在金属基体表面形成生物玻璃涂层；优选的，所述金属基体为医用不锈钢、医用钴基合金、医用钛合金、医用镍钛形状记忆合金。

（3）有序棒状羟基磷灰石涂层的制备：将步骤（1）中得到的金属基体置于模拟体液或去离子水中，80℃-300℃下水热反应1h-7天，冷却、清洗、干燥即可。

所述步骤（1）中，所述硝酸的含量为0.01-0.05mol/L。

所述步骤（1）中，硅源为正硅酸四乙酯，磷源为磷酸三乙酯，钙源、钠源、钾源、镁源、锌源、锶源为可溶性金属盐，硼源为硼酸，铝源为异丙醇铝。优选的，所述钙源、钠源、钾源、镁源、锌源、锶源为硝酸盐。