[发明专利]一种医用钛合金表面生物压电复合涂层的制备方法

说明书

本发明公开了一种医用钛合金表面生物压电复合涂层的制备方法,首先采用微弧氧化技术在钛合金基体表面原位生成内层致密、表层多孔的二氧化钛涂层，然后采用水热化学法在二氧化钛涂层原位反应生成钛酸钡涂层，最后填充极化后的涂层表面的孔洞，即在医用钛合金表面形成具有生物压电特性的复合涂层。本发明制得的涂层内层致密，与基体结合良好，稳定性高，同时可以有效阻止有害金属离子向体液溶出；表层多孔的钛酸钡涂层能够产生压电效应，促进局部血液循环，进一步加快骨的修复；孔洞中填充有利于早期骨组织的生长的物质或抗菌类药物，同时粗糙的表面利于细胞的粘附与增值，使得金属材料具有良好的生物相容性和生物活性。

技术领域

本发明属于生物医用材料表面改性技术领域，涉及一种医用钛合金表面生物压电复合涂层的制备方法。

背景技术

医用钛合金因其本身高强度、低弹性模量、无磁性、优异的化学稳定性及良好的生物相容性而在医用植入领域得到广泛的应用。但医用钛合金在成分与结构方面与骨组织存在较大差异，植入人体后与骨组织之间只是简单的机械嵌合，不能形成强有力的化学键合，容易造成植入体的松动与脱落。因此对其进行表面改性是非常有必要的，表面改性既能保留钛合金本身的优异性能，又能解决其所缺乏的生物活性等问题。

研究表明，骨组织是天然的压电体，可将自身运动这类微小的机械应力转化为电效应，产生微电流。微电流作用于人体体液中的钙离子、磷酸根离子，促进其沉积，为骨组织的生长提供养分，提高了对宿主骨植入材料的整合，同时这种电信号作用于骨细胞和细胞外环境，促进细胞外间隙大分子的生成，进一步使活骨加快愈合。目前，作为骨修复材料中以压电陶瓷研究为主，而无铅压电陶瓷钛酸钡(BaTiO₃)，其良好的压电性和生物相容性而被广泛研究。因此，研究一种压电性能优良，生物活性高，涂层与基体结合力强，同时涂层稳定性好的生物压电复合涂层是生物医用材料表面改性领域的热点和难点。

中国专利《一种钛合金基体表面羟基磷灰石涂层的制备方法》(申请日2014.11.14，公开号CN105018924A，公开日2015.11.04)公开了一种钛合金基体表面羟基磷灰石涂层的制备方法，是利用冷喷涂技术将混合后的钛粉末和羟基磷灰石粉末喷涂至钛合金基体表面，然后利用激光熔覆技术于钛合金基体表面制备羟基磷灰石涂层。该涂层主要依靠羟基磷灰石诱导新骨生成来改善钛合金表面的生物活性，但是羟基磷灰石长时间植入人体后会逐渐降解，膜层脱落，生物活性逐渐降低。

中国专利《活性生物压电陶瓷涂层及在钛基体表面制备该涂层的方法》(申请日2005.10.14，公开号CN1785439A，公开日2006.06.14)公开了一种钛材料表面改性的方法，主要通过微弧氧化技术形成多孔的氧化物膜层，然后通过电泳沉积技术，在样品表面制备氟羟基磷灰石和钛酸钡(FHABT)复合涂层来提高其生物相容性和生物活性。但涂层中氟羟基磷灰石降解后，由于钛酸钡颗粒在人体中无法降解，可能会游离在人体中，对人体会造成潜在的损伤，同时电泳沉积的膜层与微弧氧化形成的氧化物膜层之间结合力较差。

中国专利《钛表面微弧氧化生物活性涂层的碱液水汽后处理方法》(申请日2013.07.18，公开号CN103334144A，公开日2013.10.02)公开了一种钛材料表面改性的方法，主要是在含有钙磷盐的混合电解液中进行微弧氧化在钛基体表面形成氧化物膜层，后通过碱液水汽处理在钛表面制备出具有生物活性的涂层。该涂层通过碱热水汽处理来避免常规水热化学法导致生物活性元素的溶出，且生成磷灰石较少的问题。但该涂层生物活性物质仍为磷灰石，其降解完全后，基体的活性随之降低，涂层稳定性不足。