[发明专利]一种微弧氧化制备多孔生物陶瓷膜的方法

说明书

本发明公开一种微弧氧化制备多孔生物陶瓷膜的方法，先用凝胶固化纳米颗粒，然后根据材料不同部位的性能要求，将凝胶涂于预处理后钛合金式样所需部位的表面，将钛合金式样悬挂于电解液中，进行微弧氧化，在氧化过程中纳米增强体颗粒进入电解液中，并参与氧化进入多孔生物膜层，从而改善膜层性能，增强膜层韧性，并引导羟基磷灰石沉积，提高膜层的生物性能；本发明提供的方法能实现对材料的区域设计，通过对钛合金表面添加不同特性的纳米增强体颗粒，定向改变膜层表面的性能，且操作方便，工艺简单，节约成本。

技术领域

本发明涉及一种微弧氧化制备多孔生物陶瓷膜的方法，属于骨科金属材料的表面处理技术领域。

背景技术

钛及钛合金由于其优异的机械强度、化学稳定性和生物相容性被广泛用作牙科和骨科植入材料。但钛合金的生物惰性使其与植入部位整合性差，易与周围宿主骨组织分离而发生松动，导致植入失败。采用微弧氧化技术可制备具有较高生物学活性的多孔二氧化钛及羟基磷灰石(HA)的表面层，利用羟基磷灰石对涂层表面进行活化，能促进植入体的骨结合和早期的细胞粘附，使其与组织之间结合强度大大提高，并大幅度减少伤患的治愈周期。

微弧氧化生物陶瓷涂层中主要含TiO₂和羟基磷灰石，TiO₂陶瓷具有较好的生物相容性，能在体外和体内诱导磷灰石的沉积以及骨组织的形成；同时，作为缓冲层，能有效地隔离植入体和生物机体，减少金属离子的释放，而且能提高涂层和基体界面的强度。羟基磷灰石与人体硬组织(骨和牙)的无机质物质组成相同，植入体内后可直接与骨形成骨性结合，显著提高生物相容性。

许多体内和体外的实验已经证实，微弧氧化生物陶瓷涂层具有生物活性，有利于骨组织的再生和愈合。但作为应用于生物体植人材料，这种陶瓷膜层材料在生物性能方面存在诸多不足：（1）微弧氧化陶瓷膜层断裂韧性差，且HA和TiO₂的物理和热学性能差异大，导致涂层结合强度低，形成微孔和微裂纹。（2）微弧氧化涂层中具体成分及物相结晶度不可控，影响涂层的生物活性。

研究表明，通过在膜层中添加纳米ZrO₂微粒能有效提高羟基磷灰石的强韧性，降低膜层热膨胀系数，提高膜层的结合力，抑制裂纹产生与扩散；添加锐钛矿型TiO₂和金红石型TiO₂有利于诱导羟基磷灰石的生成及细胞的附着和生长，改善种植体与骨的结合，提高生物相容性。微弧氧化成膜机制是一个瞬时、局部高温的共同作用的结果，因此微弧氧化涂层中呈非晶相较多，晶相偏少，TiO₂结晶度低，导致膜层生物活性较低。

为了改善微弧氧化陶瓷涂层的内部结构与机械性能，目前国内外研究者对微弧氧化电解液添加剂进行了较多研究，尝试在在基础电解液体系中添加化学性质稳定的纳米颗粒，改变单一传统电解液体系的组分，常见的是在Na₂SiO₃电解液体系中直接添加所需的纳米颗粒。而直接在电解液中添加纳米颗粒将会对整个的样品表面膜层进行纳米颗粒的引入，不能进行特定区域的功能设计；为了使电解液中的纳米颗粒保持一定浓度需要提供大量的纳米颗粒，造成严重的材料浪费。

发明内容

本发明的目的在于提供一种微弧氧化制备多孔生物陶瓷膜的方法，通过在钛合金式样表面涂上一层含有纳米增强体颗粒的凝胶，进行微弧氧化，氧化过程中纳米颗粒参与成膜，调整膜层的热膨胀系数，增强膜层韧性及生物活性。

一种微弧氧化制备多孔生物陶瓷膜的方法，具体包括以下步骤：

（1）对钛合金表面进行预处理：打磨、抛光、除油、碱洗，自然烘干后备用；