[发明专利]一种生物涂层及涂覆该生物涂层的牙弓丝

说明书

技术领域

本发明属于生物医用金属材料表面改性及医疗器械技术领域，特别涉及一种生物涂层及涂覆该生物涂层的牙弓丝。

背景技术

钛镍形状记忆合金(TiNi)、Ti-6Al-4V、Ti-6Al-7Nb、不锈钢系合金等生物医用金属材料已经被广泛用作医疗器械领域，但同时面临着使用过程Ni、Al、V有害离子释放的危险。钛镍合金支架已被广泛临床应用，但镍钛合金含有Ni等潜在毒性元素，合金表面的镍逃逸仍令人担忧。Ti-6Al-4V、Ti-6Al-7Nb合金由于具有高耐腐蚀性、合适的机械性能和超弹性被广泛应用于生物医用植入材料，替代坏损的硬组织。Ti-6Al-4V合金作为植入材料具有良好的特性，由于含V，临床期待着无毒新型钛合金。目前研制的无钒钛合金包括：Ti-15Mo-5Zr-3Al、Ti-6Al-2Nb-1Ta、Ti-6Al-7Nb、Ti-6Al-6Nb-1Ta、Ti-5Al-2.5Fe等。其中一些合金的机械性能优于Ti-6Al-4V钛合金。作为植入体对人体产生的影响而言，Ni有潜在致畸性和致癌性，Al有致畸性的怀疑。近年来，生物医用金属材料的研究和应用得到了越来越多的关注，主要集中在以下几个方面：NiTi形状记忆合金和钛合金表面改性技术及其生物相容性研究；无Ni低弹性模量钛合金的研制和应用；(内支架用可降解)镁(基)合金生物医用材料研究；多孔钛、NiTi合金制备、表面改性和生物相容性的研究；含Ni、Al、V生物医用金属材料有害离子释放机制、致病机理、防护与应用方面研究。

我国生物医用金属材料市场巨大，目前NiTi形状记忆合金在血管内支架和非血管支架应用方面占主导地位，仍面临着植入初期Ni离子释放明显，长期植入疲劳断裂等危险。NiTi合金植入初期Ni离子释放量显著，完全消除植入初期Ni离子释放，将改善身体对植入体的适应性，减少植入排斥和感染机会。NiTi合金表面改性设计的难度在于形状记忆合金的动态特性。通过表面改性技术提高NiTi合金生物相容性的同时，不能完全兼顾NiTi合金的动态特性，出现故此失彼的局面。表面改性形成新表面的钛化合物，导致外表面亚层化学成分的变化，Ni浓度增加，从而影响马氏体相变、形状记忆效应和超弹性及生物相容性等性能，带来一些负面结果。广泛使用的NiTi合金表面改性技术包括：激光和等离子处理、离子注入、羟基磷灰石(Hydroxylapatite，HAP)、化学气相沉积(CVD)等。离子注入和激光处理通常引起表面非晶化，提高抗腐蚀能力。然而，表面层不均匀，富集Ni，表面层变得比基体硬。在NiTi表面涂覆TiN和TiCN能提高抗腐蚀能力，但Kimura指出形状记忆效应引起的变形导致和基体不同的表面层的开裂。羟基磷灰石涂层具有优异的生物相容性，但由于其与体液能溶合，导致其易于溶解。NiTi合金浸入生理溶液形成的自然磷酸钙涂层可能会代替羟基磷灰石涂层。在NiTi合金表面形成活性涂层是表面改性发展的一个方向。NiTi暴露在人体血浆纤维粘连蛋白中形成的金属-蛋白质表面复合体降低了合金腐蚀速率，在氯溶液和细胞培养液中能降低50％。很明显，NiTi合金表面改性取决于器械的特性。NiTi合金表面改性的一个有前景方向是通过碳涂层提高生物相容性。

由此可见，通过表面改性技术抑制生物医用金属材料有害离子的释放，提高其生物相容性，增加其使用安全性，对生物医用金属材料的广泛应用、对新材料的开发应用具有重要意义。

等离子喷涂是适用于提高医用金属材料生物相容性的比较成熟的表面改性技术。采用等离子喷涂技术在NiTi表面进行钛铌合金涂层和纯钛修饰，以期保持NiTi独特的超弹性和形状记忆性能，并屏蔽镍元素，防止Ni²⁺释放，提高生物学安全性。李永滨等人的实验结果表明，表面喷涂Ti和TiNb涂层后虽相变温度略有升高，但不显著，喷涂涂层后屏蔽了Ni元素，且涂层光滑，平整，均匀，厚度约3.25μm。体外生理盐水浸泡试验表明，NiTi表面经过Ti和TiNb涂层后防止了Ni2+析出；NiTi组体内植入一年后，在植入体周围骨组织和肌肉组织检测到异常高的Ni2+含量，与磨损有关；Ti组和TiNb组肌肉组织生物相容性好于NiTi组，而前二者之间无显著差异，骨组织生物相容性TiNb组最佳。体外实验表明三组植入体均具有良好的耐腐蚀性，但NiTi组体内植入一年后发生了明显腐蚀现象，主要为失泽和成分改变；而TiNb组和Ti组则无明显腐蚀，所有植入体表面均发生了不同程度的磨损腐蚀。