[发明专利]一种提高纯钛和钛合金表面骨细胞相容性和抑菌性的方法

说明书

技术领域

本发明涉及植入和介入类医疗器械领域，尤其涉及一种提高纯钛和钛合金表面骨细胞相容性和抑菌性的方法，尤其适用于牙种植体的生物金属材料的表面处理。

背景技术

钛及钛合金具有优良的生物相容性和力学性能，被广泛应用于医学植入领域。钛和钛合金属于生物惰性材料，生物活性较差。例如将其作为牙科种植体植入人体后，作为宿主的异质体存在，容易发生变形、松动，造成植入体失效。利用表面改性技术赋予其生物活性后，可使新骨直接沉积于钛合金表面形成骨性结合，避免形成纤维结缔组织。但是在植入及修复后易出现菌斑堆积于钛种植体周围，导致种植体成功率下降。因此在保证钛合金表面具有生物活性的同时，改善钛骨移植材料的抑菌性能也是提高种植成功率的一种有效方法。

氟作为机体生命活动所必须的微量元素之一，在全身的骨骼生长发育和维持骨骼生理结构功能中扮演重要的角色。氟化物对于钙化组织具有强烈的亲和性，而且可以直接通过刺激骨细胞增殖和加强碱性磷酸酶活性，增强成骨作用，同时氟元素注入钛表面改性材料的表面由钛、氧、氟、碳元素组成，为分布均匀的、散在的团粒状物质。氟元素能促进骨细胞黏着斑的形成、抑制细菌的粘附，使得钛金属和钛合金表面具有良好的骨细胞相容性和抑菌性能。

目前氟离子可通过等离子浸没离子注入技术注入到钛及钛合金表层，使用四氟化碳气体作为氟离子注入源，存在的困难是被四氟化碳不易起辉，且该气体破坏大气臭氧层，对环境保护不利。

目前在提高钛金属和钛合金表面骨细胞相容性和抑菌性能的方案中，多通过氟离子的注入实现。其中包括钛金属和钛合金表面骨细胞相容性的提高(刘慧颖,刘洋.氟离子注入钛表面改性材料的骨细胞相容性和抗菌性能[J].中国口腔种植杂志,2009,14(2)：56-59.)以及钛金属和钛合金表面抑菌能力的提高(Nurhaerani.Plasma-based fluorine ion implantation into dental materials for inhibition of bacterial adhesion[J].Dent Master J,2006，25(4):95-100)。

发明内容

本发明的目的在于提供一种提高纯钛和钛合金表面骨细胞相容性和抑菌性的方法，氟离子的来源是放置在等离子体浸没式离子注入腔体内的聚四氟乙烯固体块，利用等离子体浸没式离子注入法(PIII)对待处理件进行表面处理，其中所述的等离子体为氩离子体和氟元素，所述的待处理件为金属块。

其中，所述的等离子体浸没式离子注入的工艺条件和方法可根据本领域常规方法进行选择，本发明采用下述步骤进行：在腔体中，在氩离子体以及由氩等离子体激发出的氟元素的组成的混合气氛中，在所述待处理件上加载负偏压脉冲，将所述等离子体注入所述待处理件的表面即可。较佳地，将所述腔体的气压维持在0.1Pa～1Pa。为维持所述腔体的优选气压，向所述腔体中通入氩气体，该气体的流量较佳的为1毫升/秒～100毫升/秒。

在本发明一较佳的实施方式中，所述的等离子体浸没式离子注入的具体操作步骤为：(1)将所述待处理件置于基台上，所述待处理件与所述基台电学联通；(2)在腔体内放置一定质量的聚四氟乙烯固体(3)将腔体抽真空至10^-3Pa量级；(4)打开气体源，向所述腔体中通入氩气体；(5)通过射频源在含有所述气体的腔体内产生氩离子体和由氩等离子体激发出的氟元素；(5)通过偏压源产生负偏压脉冲，将该负偏压脉冲加载于所述待处理件上，使氩离子(Ar⁺)和氟元素处理所述待处理件表面，即可。较佳地，将步骤(4)中所述腔体的气压维持在0.1Pa～1Pa。为维持所述腔体的优选气压，较佳地保持通入所述腔体中的氩气体的流量为1毫升/秒～100毫升/秒。

本发明中，所述射频源的功率可根据本领域常识进行选择，较佳的为50～600W，更佳的为50W～300W。

本发明中，所述负偏压脉冲可根据本领域常识进行选择，其中所述负偏压的电压值较佳的为1KV～60KV；所述负偏压脉冲的频率较佳的为50Hz～150Hz；所述负偏压脉冲的宽度较佳的为5微秒～50微秒。所述注入的时间可根据本领域常识进行选择，为达到较好的表面处理效果，本发明优选1分钟～180分钟，为实现较好的经济效果更佳的为3分钟～60分钟。所述等离子体的注入剂量可通过改变注入时间、射频源功率以及调整聚四氟乙烯固体块暴露于氩等离子鞘层里的体积，进行控制，注入时间越长或射频源功率越高，处理剂量越大。

在本发明一较佳的实施方式中，所述的金属为钛金属和钛合金。