[发明专利]一种含梯度钙磷的均孔生物陶瓷种植体材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及生物医用种植体材料的制备方法，特别涉及一种含钙磷元素的精致孔隙生物陶瓷种植体材料制备方法。

背景技术

钛及钛合金是应用范围很广的种植体材料，具有良好的生物相容性，但无生物活性，在植入早期难以与骨直接形成化学结合，且治愈时间较长。为了提高其生物活性，目前大多采用等离子喷涂、离子溅射、电泳、微波烧结等技术，在其表面制备羟基磷灰石和生物活性玻璃涂层，或用化学活化处理方法制备二氧化钛或钛酸钠凝胶生物活性薄膜，但这些涂层或薄膜均与钛及钛合金基体有明显的界面，结合强度低，应用中存在长期稳定效果不理想、涂层与基体金属结合强度退化甚至脱落等问题。微弧氧化(MAO，Microarc Oxidation)又称微等离子体氧化或阳极火花沉积，是一种在有色金属表面原位生长陶瓷膜的新技术，已经在临床上有了广泛的应用。采用该技术能在合金表面生长一层致密的氧化物陶瓷膜，这层保护膜厚度可控，与基体结合力强，尺寸变化小，使基材耐磨损、耐腐蚀、抗热冲击及力学性能得到极大改善。采用微弧氧化技术可在钛及钛合金表面合成多孔二氧化钛陶瓷层，该陶瓷层与钛及钛合金基体无界面，具有高的结合强度。但是，由于受电解液中钙磷离子浓度不可变化的影响，使得该陶瓷层内层含钙磷元素少，且整个陶瓷层缺乏必要的钙磷含量梯度；还由于受电解液温度限制（通常是40℃），使该工艺的氧化电压及频率不能太高，形成的孔隙也不尽理想。因此，这就很难使陶瓷层得到有利于种植体初期骨诱导与骨整合的钙磷含量和孔隙结构。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，提供一种含梯度钙磷的均孔生物陶瓷种植体材料的制备方法。

本发明采取的技术方案为：

一种含梯度钙磷的均孔生物陶瓷种植体材料的制备方法，包括步骤如下：

（1）配制低温电解液：用去离子水配成含钙离子浓度C(Ca)=8～30mmol/L、含磷离子浓度C(P)=2～5mmol/L的电解液，用（优选同体积的）去离子水冷冻成冰置于电解液中，制成冰水混合低温电解液；

（2）在低温电解液中对钛或钛合金进行微弧氧化处理：将钛或钛合金基体于冰水混合低温电解液中，在冰融化完之前完成微弧氧化，在钛及钛合金表面氧化成多孔二氧化钛陶瓷层。

上述制备方法中步骤（1）所述的冰水混合低温电解液温度控制在0℃，优选微弧氧化装置冷却系统控制电解液中去离子水冰块的溶化速度V≤40ml/min，或其完全溶化时间t_溶≥25min。

步骤（2）中所述的微弧氧化处理，其工艺电参数是：采用恒压微弧氧化工艺，电极电压U=600～700V，电极频率f=700～900Hz，占空比d=10～20%，微弧氧化处理时间t=15～25min。

优选微弧氧化时间t=20min，电极电压U=650V，电极频率f=800Hz，占空比d=15%；电解液中Ca/P摩尔比=5：1。

置钛或钛合金基体于冰水混合低温电解液中，经过微弧氧化过程钛及钛合金表面氧化成多孔二氧化钛陶瓷层，氧化过程产生的等离子体放电及电化学反应热量使去离子水冰块逐渐溶化，使电解液中含钙磷离子浓度梯度减小，得到含梯度钙磷元素的多孔种植体陶瓷层，且由于陶瓷内层微弧氧化时电解液钙磷离子浓度较高而使其钙磷含量得到较大提升。

微弧氧化过程始终在制作的冰水混合低温电解液中进行，电解液温度T=0℃，故可使用较大的微弧氧化工艺电压及频率；同时由于低温电解液的“冷淬”作用，使陶瓷层表面微孔分布更趋于均匀精致，促进了种植体的孔隙功能。

本发明的种植体材料表面陶瓷膜微孔均匀一致；钙磷含量在膜层中呈梯度变化，且内层膜层含有较多的钙磷元素；骨界面成熟期由目前钛种植牙的3～6个月缩短到3个月以内；生物学性能符合ISO、中国药典及美国药典的有关规定。本发明的含梯度钙磷元素的精致孔隙生物陶瓷种植体材料具有与生物相容性好，和骨牢固结合，骨内愈合期短，骨诱导及骨整合性能良好等特性，主要用于人工牙种植体以及人体承力的骨、关节等硬组织修复和替换材料的制备。

附图说明

图1为实施例1得到的种植体表面形貌图（a）和Ca、P梯度分布图（b）；

图2为实施例2种植体表面形貌图（a）和Ca、P梯度分布图（b）；

图3为实施例3种植体表面形貌图（a）和Ca、P梯度分布图（b）。

具体实施方式

下面结合实施例进一步说明。

实施例1