[发明专利]一种兼具良好生物相容性和光热转换效果的氧化钽涂层及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种兼具良好生物相容性和光热转换效果的氧化钽涂层及其制备方法和应用。所述氧化钽涂层是由Ta₂O₅粉末采用等离子喷涂方法喷涂而成。上述氧化钽涂层具有较强的促成骨分化能力、良好的生物相容性和光热转换性能。

技术领域

本发明涉及一种兼具良好生物相容性和光热转换效果的氧化钽涂层及其制备方法和应用。具体而言，是涉及一种采用等离子喷涂技术喷涂而成的氧化钽涂层及其制备方法，属于医用生物涂层技术领域。

背景技术

由于人口老龄化、骨肿瘤、骨畸形以及交通事故等原因，金属骨植入材料在临床上得到了广泛应用，如钛全关节替代材料等。钽具有良好的抗蚀性以及促进骨再生功能，作为骨植入材料受到人们的广泛关注。

钽具有良好的生物相容性，钽金属表面致密的自然氧化层扮演着重要的角色。这层自然氧化层相对氧化钛更稳定，氧化钽层的存在阻止了电子的转移，进而阻止了化学反应的发生。这层稳定的氧化层对其生物学性能起决定性作用。氧化钽的结构非常复杂，存在多种相结构。其结构和成分的改变，极大的影响其性能。

中国专利申请201380017403.0公开了在纳米结构或纳米架构表面形成Ta₂O₅涂层以增强成骨能力。但是该涂层并不具备光热转换效果。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种促体外成骨性能和光热性能良好的氧化钽涂层及其制备方法和应用。

第一方面，本发明提供一种促体外成骨和光热性能良好的氧化钽涂层，所述氧化钽涂层是由Ta₂O₅粉末采用等离子喷涂方法喷涂而成。

上述氧化钽涂层具有较强的促成骨分化能力、良好的生物相容性和光热转换性能。具体而言，Ta₂O₅在等离子喷涂过程中容易产生缺氧结构，导致富余电子向Ta⁵⁺转移，生成低价态的Ta离子，并发生晶格弛豫和晶格扭曲，同时氧空位在禁带中生成了缺陷能级，导致涂层禁带宽度降低，吸光度增加。一方面，等离子喷涂的氧化钽表面具有优良的化学惰性，且其特有的微米结构可以促进成骨细胞的粘附、分化，可以促进其在生物体内的快速骨键合。另一方面，等离子喷涂的氧化钽中氧空位产生的缺陷能级会导致禁带宽度降低，能够更加有效地实现光生载流子的分离输运，光吸收能力明显较强，因此可以作为光热试剂用于肿瘤的光热治疗。

较佳地，所述涂层形成于基材上，所述基材为医用金属材料，优选为钛、不锈钢、或钴铬钼合金。

较佳地，所述等离子喷涂方法为大气等离子喷涂或真空等离子喷涂。

较佳地，所述氧化钽涂层的厚度为20～300μm。

如上所述，Ta₂O₅在等离子喷涂过程中容易产生缺氧结构，导致富余电子向Ta⁵⁺转移，生成低价态的Ta离子，并发生晶格弛豫和晶格扭曲，同时氧空位在禁带中生成了缺陷能级，导致涂层禁带宽度降低，吸光度增加，因此所述氧化钽涂层可呈黑色。

第二方面，本发明提供一种上述氧化钽涂层的制备方法，由Ta₂O₅粉末采用大气等离子喷涂方法在基材上喷涂而制得所述氧化钽涂层，其中，大气等离子喷涂的工艺条件如下：等离子体气体Ar流量为30～50slpm；等离子体气体H₂流量为6～18slpm；喷涂距离为80～200mm；喷涂功率为30～55kW；送粉速率为8.0～30g/min。