[发明专利]一种硼化钽生物涂层及其制备方法与应用

说明书

本发明属于生物医用植入材料表面高生物活性薄膜材料的技术领域。具体涉及一种富硼结构硼化钽薄膜的可控制备，是以新一代医用植入材料为基底，在真空腔体中选择金属钽靶材以及硼靶，以氩气为放电气体，在薄膜沉积过程中同时对金属钽靶和硼靶施加不同的射频功率，并通过控制工作气压和衬底偏压以调控薄膜的相结构，最终获得具有致密且大面积的富硼结构的硼化钽涂层。这种涂层无毒，具有良好生物相容性以及骨诱导性，高的耐体液腐蚀能力，并可有效阻止医用植入材料内部有毒离子析出扩散。由于涂层的制备方法简单高效，成本低廉，工艺简单，因此可作为新型医用植入材料的表面改性涂层。

技术领域

本发明属于具有高生物活性的薄膜材料技术领域，特别是涉及基于多靶射频磁控共溅射方法在新型医用植入材料表面沉积一种具有富硼结构的硼化钽薄膜材料及其制备方法，从而提高医用植入材料生物活性，耐腐蚀性，并实现扩散障碍功能防止医用植入材料内离子的析出，提高医用植入材料在硬组织替代物方面的应用。

背景技术

金属基医用植入材料具有良好的生物相容性、较低的弹性模量及较好的耐腐蚀性等性能，已成为目前临床应用最广泛的硬组织替代材料。。然而目前常用的金属基医用植入材料仍然存在一些问题，如材料生物活性不够好，植入物难以和周围骨组织形成骨性愈合，不利于植入物的长期稳定；在人体环境中难免存在摩损现象，磨损颗粒往往会诱导骨溶解而造成无菌性松动；此外，植入物长期在人体内，部分金属离子析出而进入人体，也会造成潜在的危害。因此，为了解决当前金属基生物医用植入材料生物活性较低、摩擦腐蚀以及离子析出等缺陷，对植入体表面进行改性处理非常有意义，因此制备具有高生物活性的薄膜材料技术成为解决以上问题的有效解方法。

研究人员通过化学方法在医用植入材料表面引入硅酸盐分子筛涂层能够有效改善材料的生物学性能，并促进骨成熟。但是部分元素的存在或析出会引起人体长期存在的健康问题：如Al会引起阿尔茨海默病、神经系统疾病和软骨病等；V元素在材料表面无论以单质形式存在还是以氧化物的形式存在都是有毒的。因此研究人员通过在植入体表面通过物理气相沉积方法沉积金属钽，基于其生物活性来促进宿主骨与假体植入物之间形成骨性愈合。但是金属涂层耐腐蚀性较差并且硬度较低。因此，研发一种具有更高生物活性、耐磨损、耐腐蚀并且能够起到扩散障碍作用的薄膜材料及其制备技术则尤为重要。

目前，基于具有生物活性的金属钽，通过与硼原子构成稳定结构的硼化钽化合物及其富硼结构薄膜材料，并将其应用于新型生物医用植入材料表面改性的研究还未见报道。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种硼化钽生物涂层及其制备方法，以及在医用植入材料中的应用。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种硼化钽生物涂层，所述生物涂层包含富硼结构的硼化钽，所述钽和硼的摩尔比为3～5:6。

进一步地，所述富硼结构的硼化钽结构式为Ta₃B₄。

一种硼化钽生物涂层的制备方法，该方法基于多靶射频磁控共溅射方法实现，溅射参数为：钽靶材的溅射功率为30-90W，硼靶材的溅射功率范围为200-400W，溅射总压强为0.67-1.2Pa，沉积温度为室温～200℃，靶基距为60-100mm，溅射基底施加的电压为0至-300V，溅射时间为90-180min后，即在溅射基底表面获得硼化钽生物涂层。

进一步地，钽靶材的功率为30-60W，硼靶材功率范围为200-350W，溅射总压强为0.8-1.0Pa，溅射基底施加的电压为-40～-160V。

一种硼化钽生物涂层在医用植入材料中的应用，该应用为：用于对医用植入材料进行表面改性。

进一步地，所述硼化钽生物涂层和医用植入材料之间具有钽金属过渡层，钽金属过渡层中厚度为100-150nm。