[发明专利]水化硅酸钙凝胶复合钛合金材料及其制备方法和应用

说明书

发明领域

本发明属于生物医用材料领域，特别涉及一种水化硅酸钙凝胶复合钛合金材料及其制备方法和应用。

背景技术

金属材料在临床应用中易暴露出腐蚀、毒性、界面、力学相容及综合性能不理想等问题。从材料本身的属性来看，不锈钢、钴基合金难以全面解决上述问题，钛合金是有望满足要求的医用金属材料。在医用金属材料中，钛和钛合金被认为是生物相容性最好的金属材料，这是由于其具有优异的耐腐蚀性、生物相容性、低密度和高的比强度等优点，钛和钛合金被广泛应用于整形外科，尤其是人工骨、关节、牙科种植、血管内支架、心脏瓣膜等，对医学发展具有划时代的意义。但钛和钛合金植入人体中后，其弹性模量与自然骨不匹配，如抗拉、抗压及抗弯强度都较人骨高很多，载荷不能有效的由植入体传导至骨组织，与周围组织结合性不佳，多为机械嵌合的结合，而不是化学骨性结合方式，生物活性较低；其次植入体本身的骨再生能力差，周围新骨组织生成量有限。这导致植入体与骨间的结合强度较低，随着时间延长和磨损加剧，甚至会产生应力屏蔽现象，造成植入体周围出现骨吸收，最终造成植入体的松动断裂或种植失败，甚至需要重新种植，引起患者的二次手术痛苦。

生物材料植入人体后，其表面与人体组织环境接触，其生物学性能将由材料表面特性决定，如钛和钛合金材料的表面自由能、表面离子和官能团的吸附、酸碱性、表面形貌等。因此，为解决医用金属材料的这一共性问题，多采用在金属及其合金表面进行改性。例如 CN201110232840.7公开了一种抗感染医用钛合金，在现有医用钛合金Ti-6Al-4V的化学成分基础上添加适量的铜元素，经过特殊的抗菌热处理后，在医用钛合金的基体中析出一种钛铜相，从而赋予医用钛合金抗细菌感染功能，虽然该钛合金具有良好的抗菌能力，但是其生物相容性达不到一定标准，没有一定的骨激发性能，在临床方面应用优势不明显。 CN201410187059.6公开一种具有生物仿生多层结构界面的医用钛合金制备方法，利用层层自组装技术(旋涂法)将羟基磷灰石纳米线组装到明胶/壳聚糖多层膜中，从而在钛材表面构建出一种从仿生学角度模拟自然骨纳米层状结构的薄膜，以调控成骨细胞的生物学功能，并提高钛合金移植体的生物相容性和骨整合性，但明胶和壳聚糖的品质难于控制，整个制备过程复杂，难于控制和规模化生产。CN201210226941.8公开了在医用钛合金表面制备掺镁羟基磷灰石/二氧化钛活性膜层的方法，在含有镁离子和钙离子的磷酸盐电解液中，采用微弧氧化技术在钛合金表面合成得到掺镁羟基磷灰石/二氧化钛的活性膜层。该发明方法制备的膜层具有多孔结构，膜层与钛合金基体的结合强度高，具有良好的生物活性和细胞亲和性。但是微弧氧化设备和能耗投入大，电参数对氧化膜组织结构及生长影响规律不明，因此，难于控制合适量的镁掺入磷灰石中，高镁含量的磷灰石反而具有细胞毒性，会抑制细胞周围矿物质的形成，其有潜在的生物不适配性、临床应用不稳定的缺点。