[发明专利]一种钛合金植入物生物表面活性涂层及其制备方法

说明书

本发明公开了一种钛合金植入物生物表面活性涂层的制备方法，所述方法为：将钛合金植入物放置于电解液中，以钛合金植入物作为阳极，电解槽作为阴极，控制电解液温度不大于40℃，采用脉冲电源进行微弧氧化工艺，在钛合金植入物表面形成具有生物活性的微弧氧化涂层。本发明通过选择性激光熔化3D打印技术制备的多孔钛合金植入物，并在其表面原位生成一层具有生物活性的涂层，显著增强定制多孔植入体表面的蛋白吸附、细胞吸附和细胞增殖能力，提高植入手术后钛合金多孔植入体新骨骨长入的能力。

技术领域

本发明涉及一种生物表面活性涂层及其制备方法，尤其是一种3D打印多孔钛合金植入物生物表面活性涂层及其制备方法，可广泛应用于医疗行业的骨科、脊柱科和创伤科等领域。

背景技术

选择性激光熔化3D打印技术在钛合金制造中逐渐成熟，利用3D打印技术高精度一体成型的优势，能够实现制备出可控孔径和孔隙率的多孔钛合金植入物。由于在保护气氛下进行成型，保证了植入体材料属性的同时，兼顾了植入体的机械性能。但钛合金的材料属性决定了多孔钛合金表面表现出生物惰性，生物惰性表面在于组织接触时易在其表面产生纤维组织，造成植入体松动进而导致植入手术失败，这将极大的限制3D打印多孔钛合金植入物在骨科医疗中的应用。

微弧氧化是一种有效的钛合金表面改性技术，其能够在钛合金表面原位生成一种多孔涂层，通过调节微弧氧化电解质成分，多孔涂层能够显著增加细胞的增殖和粘附。将微弧氧化技术应用到3D打印钛合金植入物表面改性中存在以下问题：(一)选择性激光熔化3D打印技术制备的钛合金组织与传统铸造或锻造有较大差异，需要系统性探索与之匹配的微弧氧化工艺参数和电解质配方。(二)选择性激光熔化3D打印制备的多孔结构内部空间分布复杂且相互贯穿，在进行微弧氧化处理时需要设计特殊的夹具来固定3D打印多孔结构，避免导线与电解质直接接触。(三)要保证具有生物活性的微弧氧化涂层能均匀的覆盖在3D打印多孔支杆表面，形成一种从微观纳米级别表面多孔状态到宏观微米级空间多孔的梯度结构，从微观表面到宏观结构一体化提高多孔结构的整体生物活性，需要采用合理的电参数和空间结构设计。因此，有必要发明一种钛合金植入物生物表面活性涂层的制备方法，以解决上述3D打印多孔钛合金植入物表面改性问题。

发明内容

基于此，本发明的目的在于克服上述现有技术的不足之处而提供一种钛合金植入物生物表面活性涂层的制备方法。

为实现上述目的，本发明所采取的技术方案为：一种钛合金植入物生物表面活性涂层的制备方法，所述方法为：将钛合金植入物放置于电解液中，以钛合金植入物作为阳极，电解槽作为阴极，控制电解液温度不大于40℃，采用脉冲电源进行微弧氧化工艺，在钛合金植入物表面形成具有生物活性的微弧氧化涂层；

其中，所述电解液的配方为：氢氧化钠(NaOH)0.1～0.3mol/L、磷酸二氢钠(NaH₂PO₄)0.03～0.08mol/L、乙二酸四乙酸二钠(EDTA-2Na)0.01～0.05mol/L、乙酸钙Ca(C₂H₃O₂)₂ 0.01～0.5mol/L、纳米羟基磷灰石0.5～3g/L，溶剂为去离子水。

从技术原理上来说，本申请中的电解液配方，能够在短时间内通过电化学螯合反应形成羟基磷灰石与类羟基磷灰石涂层；此外，在碱性环境中钛合金基体很容易形成氧化钛，同时由于纳米羟基磷灰石添加剂的存在，在基体被电弧击穿并与溶液反应和冷却过程中能够卷吸溶液中的纳米羟基磷灰石粉末，进一步增强所制备涂层的生物活性。

优选地，所述电解液的配方为：氢氧化钠0.2mol/L、磷酸二氢钠0.04mol/L、乙二酸四乙酸二钠0.015mol/L、乙酸钙0.1mol/L、纳米羟基磷灰石1g/L，溶剂为去离子水。

申请人经过大量探索发现，上述配方的电解液所制备得到的生物活性涂层的活性更高。