[发明专利]TiZrNb髋关节假体及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及TiZrNb髋关节假体及其制备方法。

背景技术

现有的骨植入假体通常采用Ti6Al4V、CoCrMo和不锈钢。这三种材料的弹性模量和人体骨头相比，仍显著偏高，导致假体植入后出现应力遮挡，继而发生骨溶解现象。

另外，在关节置换领域中，为了增强关节假体的长期稳定性，一般是在金属假体表面上施加多孔钛涂层，利用长入该多孔钛涂层的孔隙中的骨组织，起到生物固定的作用。为了促进骨组织的长入，往往在多孔钛涂层上施加能够诱导骨组织长入的羟基磷灰石或β-TCP涂层。目前，在本领域中，主要采用等离子喷涂工艺在多孔钛涂层上施加羟基磷灰石涂层或β-TCP涂层。存在的问题是羟基磷灰石或β-TCP涂层和钛涂层的结合强度不够，可能存在羟基磷灰石或β-TCP涂层脱落的问题。

为此，本发明采用低弹性模量的TiZrNb合金来制作骨植入假体，并且采用包括钽涂层的生物活性复合涂层来改善羟基磷灰石或β-TCP涂层的结合性能。

发明内容

根据本发明的实施方案，公开了髋关节假体，包括TiZrNb合金基体和位于该合金基体上的生物活性复合涂层。该生物活性复合涂层包括位于该合金基体上的第一TiZrNb合金涂层、位于该第一TiZrNb合金涂层上的钽金属涂层、和位于该钽金属涂层上的羟基磷灰石或β-TCP生物活性涂层。

根据本发明的又一实施方案，本发明涉及髋关节假体，包括TiZrNb合金基体和位于该合金基体上的生物活性复合涂层。该生物活性复合涂层包括：位于该TiZrNb合金基体上的第一TiZrNb合金涂层、位于第一TiZrNb合金涂层上的第二多孔TiZrNb合金涂层、位于该第二TiZrNb合金涂层上的钽金属涂层、和位于该钽金属涂层上的羟基磷灰石或β-TCP生物活性涂层。

根据本发明的又一实施方案，本发明涉及髋关节假体，包括TiZrNb合金基体和位于该合金基体上的生物活性复合涂层。该生物活性复合涂层包括：厚度为15-50μm的第一致密TiZrNb合金涂层；厚度为25-75μm、孔隙尺寸为100-150μm的第二TiZrNb合金涂层；厚度为50-150μm、孔隙尺寸为150-300μm的钽金属涂层；厚度为40-100μm、孔隙尺寸为100-250μm的羟基磷灰石或β-TCP生物活性涂层。

本发明从物理结合方面与生物相容性方面考虑，制备了上述髋关节假体。TiZrNb合金和Ti6Al4V合金、CoCrMo合金以及不锈钢相比，弹性模量更小。钽涂层与钛涂层或者TiZrNb合金涂层相比，和羟基磷灰石或β-TCP涂层结合更牢固。同时，钽涂层的力学性能和TiZrNb合金涂层不同，因而和仅仅包含TiZrNb合金涂层和羟基磷灰石(或β-TCP涂层)的复合涂层相比，改善了髋关节假体整体的弹性模量，进而改善了髋关节假体的整体生物力学性能。

在本发明中，由于等离子喷涂工艺的限制，描述涂层厚度的数值应该理解为实际上是指“所述数值×(100％±10％)”。

在本发明中，“致密”是指孔隙率小于10％(体积)，反之则为“多孔的”。

在本发明中，在同一髋关节假体中，提及的TiZrNb合金涂层和TiZrNb合金基体的成分相同。

具体实施方式

通过以下实施例进一步具体地阐述本发明，但本发明不限于这些实施例。

TiZrNb合金基体表面处理

在本发明的实施例中，TiZrNb合金基体用氧化铝颗粒进行喷砂处理，使表面粗糙并除去表面层，然后用丙酮清洗，准备进行喷涂。

等离子体喷涂处理

在本发明的实施例中，采用真空等离子喷涂设备，瑞典的A-3000等离子喷涂机，进行喷涂。机械手为ABB公司的IRB-6型，可以在真空室内自动控制。

实施例1

将弹性模量为65GPa的Ti13Nb13Zr合金关节柄用粒度为50目的氧化铝喷砂处理4分钟，使表面变得粗糙并除去表面层。然后放入等离子体真空室，抽真空到0.133Pa，然后充Ar。喷枪距关节柄300mm，等离子体预热该关节柄4分钟，达到约400℃，等离子体溅射清洗4分钟。由送粉器送入300目的Ti13Nb13Zr粉在电压60V、600A下喷涂到25μm致密层。外层喷涂β-TCP用60目的β-TCP粉，在60V、600A下喷涂厚度为50μm、平均孔径为150μm。

待冷却后，取出喷涂有生物活性复合涂层的Ti13Nb13Zr合金关节柄。依据ISO13779-4测得β-TCP涂层的结合强度为35MPa。

实施例2