[发明专利]钛基表面含羟基磷灰石复合生物膜的制备工艺

说明书

技术领域

本发明属于钛及其钛合金的表面改性技术领域，具体涉及一种通过微弧氧化-微波水热技术在钛基表面快速制备含羟基磷灰石复合生物膜的制备工艺。

背景技术

钛和钛合金因其密度小、强度高、比重与人体的骨组织相近、并具有良好的生物相容性等优点，是目前外科领域中应用最广泛的金属植入材料，如骨科常见的人工关节，骨折接骨板、螺钉和髓内钉等内固定器械，口腔科使用的种植牙、义齿支架，冠桥以及正畸弓丝等。目前，钛和钛合金的研究已经成为了骨科、口腔，矫形外科以及整个医学领域研究的一个热点。但是，钛和钛合金也并非尽善尽美，也存在一些缺点：（1）缺乏生物活性，不能诱导钙磷盐沉积，与周围骨组织不能形成强有力的化学结合，因此植入体内容易松动；（2）耐磨性能差，容易产生无菌性炎症；（3）易产生应力集中造成种植体周围骨吸收等不良后果，这些缺点限制了其在医学领域的进一步扩展应用，因此，必须对钛和钛合金进行表面改性。

羟基磷灰石是是人体骨骼和牙齿中最主要的无机物成分，骨骼成分中约有65%是羟基磷灰石，牙齿釉质中羟基磷灰石则在95%以上。羟基磷灰石具有良好的生物活性和组织相容性，植入人体后不会引起机体的排斥反应，并且能与骨组织形成强有力的化学结合。羟基磷灰石植入骨组织主要起两方面的作用：一方面能诱导未分化间充质细胞分化成成骨细胞，成骨细胞可以直接附着于轻基磷灰石表面，在其表面生长和增殖，加速新骨的形成；另一方面轻基磷灰石可以抑制破骨细胞的增殖和活动，在植入体的周围，加速新骨的形成，抑制骨吸收，所以轻基磷灰石可以用作骨替代材料，为新骨的形成提供支架，发挥骨传导作用，是最理想的硬组织替代材料。

目前钛或钛合金的表面改性技术，主要包括涂覆-烧结法，等离子喷涂，电化学沉积，溶胶-凝胶，激光熔覆，离子注入、烧结低温燃烧法，离子溅射法等，但是这些方法都存在不同的缺陷，不能完全满足临床的需要，如涂覆-烧结法的涂层与基体的结合强度较差，涂层容易开裂和剥落；等离子喷涂价格昂贵，涂层难以达到均匀一致，易产生产生杂质相，而且涂层结构致密度较低，容易引起涂层剥落；电化学沉积涂层和基底的结合力较低；溶胶-凝胶法在凝胶干燥过程中易开裂，难以得到较厚的涂层；激光熔覆法涂层的均匀性和稳定性较难控制；仿生溶液法沉积的时间较长等。

   微弧氧化技术是一种直接在有色金属表面原位生长氧化物陶瓷膜的新技术，又称微等离子体氧化，它主要通过等离子体高温高压瞬间的烧结作用，使得无定形的氧化物变成晶态相，也就是所说的陶瓷相。通过表面微弧氧化处理，提高了材料的表面硬度、耐腐烛性，改变材料的表面能，并且可以通过在电解液中添加所需的成份，达到所需的生物学性能。该技术具有如下优点：（1）陶瓷层从基体上生长，与基体的结合紧密，不容易脱落；（2）陶瓷膜层厚度易于控制，从而提高了微弧氧化的可操作性；（3）处理效率高，操作简单，工序少，性价比高，适用于自动化生产。目前微弧氧化技术在医用生物材料领域，主要通过电解液配方，导入生物活性元素，提高其生物学性能。

微波作用的本质是电磁波对带电粒子的作用，是物质在外加电磁场作用下内部介质极化产生的极化强度矢量滞后于电场变化而导致与电场同相的电流产生，导致了材料的内耗，因此微波作用与其频率和功率密度密切相关，也与介质的介电性能密切相关。微波之所以能在化学合成领域中应用，是因为化学反应所涉及的反应物中带有水、醇类、羧酸类等各种极性分子。微波加热作为一种新的合成纳米材料技术，具有其它方法无可比拟的优点：（1）微波加热速率快、反应条件温和，避免了材料合成过程中晶粒的异常长大，能够在短时间、低温下合成纯度高、粒度细、分布均匀的材料；（2）微波可直接穿透一定深度的样品，在不同深度同时加热，不需传热过程，这种“体加热作用”使加热快速、均匀；(3) 微波加热的热惯性小，降温速度快；（4）热能利用率高，可大大节约能量。

微波水热技术是近几年兴起的一种新型的纳米材料制备方法，是一种特殊的液相合成方法，它把传统的水热合成法与微波场结合起来，利用微波对水的介电作用进行能量传递，而且加热过程从物质内部开始，能产生与常规传热过程相反的温度梯度。因此，和常规水热法相比，微波水热法具有加热速度快、反应灵敏、受热均匀、对很多反应体系具有加速化学反应的优点，而且合成的材料不但粒径分布窄、分散性好、团聚少，而且合成速率快，反应温度低，能效高，具有其他方法不可比拟的优越性。

发明内容