[发明专利]一种图案化钛涂层硬组织替代材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于医药生物材料技术领域，尤其涉及一种图案化钛涂层硬组织替代材料的制备方法。

背景技术

随着老龄化问题的加剧及人们生活水平的提高，对生物材料的需求日益增加。全球生物材料及制品年销售额已突破1000亿美元，并以每年20％的速度递增，而我国的年增速更高达28%。骨替代产品是生物医用领域的关键材料之一，其来源一般包括三个方面：自体骨、异体骨和人工骨。自体骨由于具有与自然骨完全相同的组成、结构和性能，是最佳的替代材料，但来源有限，且易造成新的损伤。异体骨移植则容易引起免疫反应，因此，人工骨替换材料在现代医疗实践中得到大量的应用。

金属材料特别是钛及钛合金因其生物相容性好、比强度高和抗腐蚀性能优异而被医学界广泛应用。但钛及其合金由于其弹性模量与自然骨组织相差较大，力学性能不匹配，且呈生物惰性，植入后与人体组织不能形成生物键合。因此，如何改善金属骨植入体与自然骨组织的力学匹配性，加快细胞响应速度，促进细胞的骨性分化，加速植入体的骨整合，一直是骨替代材料的研究热点与重点。

采用现代化制造技术手段，模仿自然骨组织特殊精巧的结构特征，在骨植入材料表面设计制备具有典型骨结构特点表面，特别是具有大于100微米贯通孔的多级结构表面，可显著激发细胞的快速响应和新骨组织的形成，加快植入体的骨整合和长期骨固定。其中的贯通孔管是刺激细胞粘附与增殖，营养物质渗透，构筑新骨组织的重要因素，直接影响植入体能否与受体良好适应并达到修复缺损目的，因此，骨植入体表面贯通孔管的设计与制备显得尤为重要。

骨植入体多孔表面的构建技术很多，如钛珠烧结、电弧等离子体法喷涂等是现在医疗行业应用相对广泛的骨植入体表面处理技术。但钛珠烧结由于表面层内部粘结强度过低，在人工关节长期受力条件下很容易产生脱落现象，影响植入体稳定性。而电弧等离子体法喷涂由于工艺简单、经济，喷涂钛涂层粘结强度高，在医疗实践中得到广泛应用。但喷涂技术难以制备大孔涂层，特别是孔径大于100微米贯通孔的构建一直是生物相容涂层喷涂制备的难点，迄今未能得到很好的解决。大量研究发现，100微米以上贯通孔管是营养输送和骨组织长入的重要条件。人们尝试采用各种织构技术以制备具有大的贯通孔管表面层，如最新的3D打印技术所制备大孔连通表面可应用于膝关节表面，但依然难以满足髋关节高负载需求。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种图案化钛涂层硬组织替代材料的制备方法，旨在解决现有的人工骨替代材料存在的钛及其合金由于其弹性模量与自然骨组织相差较大，力学性能不匹配，且呈生物惰性，植入后与人体组织不能形成生物键合的问题。

本发明实施例是这样实现的，一种图案化钛涂层硬组织替代材料的制备方法，该图案化钛涂层硬组织替代材料的制备方法包括以下步骤：

步骤一，使用金属或金属合金为基材，在经过喷砂和清洗的金属植入体表面覆盖具有图案的网格模版；

步骤二，用电弧等离子体法将300~600目的钛粉喷涂在所述金属植入体表面，形成具有图案和沟槽或孔管的钛表面层。

进一步，在步骤一中，图案为方形或圆形。

进一步，在步骤二中，电弧等离子体法喷涂的参数为：等离子体气体为Ar 35~55标准升/分钟和H₂7~15标准升/分钟，粉末载气为Ar1.4~3.5标准升/分钟，喷涂距离200mm~400mm，喷涂电流550A~700A，真空度为40mbar~250mbar。

进一步，在步骤二中通过喷涂可在植入体表面构建沟槽，或者通过2次或2次以上喷涂获得贯通孔管。

进一步，网格模板采用生物相容性的钛质网格。

进一步，覆盖掩模的金属植入体可经过一次喷涂而获得具有表面图案和沟槽深度的钛涂层表面，也可多次喷涂而获得具有交织孔管和图案表面。

本发明提供的图案化钛涂层硬组织替代材料的制备方法，利用电弧等离子体法喷涂和特殊掩模技术，可方便制备具有大于100微米贯通孔管及各种不同几何图案表面层；在制备具有贯通孔管结构表面的同时还可通过控制电弧等离子体法喷涂粉体粒径及喷涂工艺参数，采用后处理工艺，在孔管壁及图案表面形成具有次微米级结构层，从而刺激细胞快速响应作用，有效提高了新骨组织的形成和植入体的早期固定，最终获得早期响应迅速、长期稳定的骨替代材料。本发明具有贯通孔管的图案化钛涂层具有比常规钛涂层更好的细胞相容性，适合作为硬组织替换材料。

附图说明

图1是本发明实施例提供的图案化钛涂层硬组织替代材料的制备方法流程图。

具体实施方式