[发明专利]一种在医用钛或钛合金表面制备磷酸钙纳米薄膜的方法

说明书

【技术领域】

本发明涉及一种对医用钛或钛合金进行表面改性的方法，该方法采用中性的磷酸钙溶液对钛材料进行水热处理，在材料表面形成磷酸钙纳米薄膜，以改善钛材料的生物活性和骨结合性能，属于生物医用材料的范畴。

【背景技术】

医用金属材料中，钛和钛合金因具有优良的耐腐蚀性、强度、韧性以及相对低廉的价格，广泛用于制造骨接板、人工关节、种植牙等硬组织植入体。但是，钛的弹性模量（约110GPa）大大高于生物骨（1-30GPa），钛植入体会造成“应力屏蔽”现象，不利于骨组织的愈合。降低钛的弹性模量的途径有两个：一是合金化，开发具有较低弹性模量的beta型或近beta型钛合金，例如西北有色金属研究院开发的TLM钛合金（Ti-25Nb-3Zr-2Sn-3Mo），弹性模量可降低到约60GPa；二是多孔化处理，空隙尺寸约几十到几百微米，使多孔钛或多孔钛合金的弹性模量更加接近生物骨，多孔结构也有利于植入体与骨组织形成牢固的界面结合。

钛表面自然形成了一层薄的氧化膜，可与生物骨形成骨整合式结合。在钛及钛合金表面涂覆磷酸钙（包括羟基磷灰石）涂层，可以使钛及钛合金具有生物活性，促进植入体与骨组织的结合。制备磷酸钙涂层的方法有：等离子体喷涂、电化学沉积、溶胶-凝胶法、仿生法沉积、真空气相沉积、等。其中，等离子体喷涂和真空气相沉积方法不仅成本高，还存在视线性问题，难于在现状复杂的基体上以及多孔钛材料的孔隙内壁涂覆涂层【水热合成纳米羟基磷灰石生物涂层的复合制备工艺，专利申请号：00113787.5】。电化学沉积磷酸钙涂层方法可以克服上述缺点【一种医用钛植入体表面组装矿化胶原梯度涂层的方法，专利申请号：201010516551.5】，但是膜层较厚（约几十微米），起始沉积的膜层还会阻塞表面的孔隙，影响内部孔隙表面涂层的沉积【QY Zhang,et al.A comparative study of electrochemical deposition and biomimetic deposition of calcium phosphate on porous titanium.Biomaterials,2005,26(16):2857-2865】。溶胶-凝胶法和仿生法沉积的磷酸钙涂层较薄【J Qu,et al.Silver/hydroxyapatite composite coatings on porous titanium surfaces by sol-gel method.Journal of Biomedical Materials Research Part B,201197B:40-48】，但是后者需要进行碱液处理等预处理，碱液的腐蚀作用使多孔钛的强度下降【JG Lin,et al.Degradation of the strength of porous titanium after alkali and heat treatment.Journal of Alloys and Compounds,2009,485:316-319】。此外，两者都涉及高温后处理，高温处理会改变一些钛合金的显微结构和力学性能（如TLM合金、钛镍合金等）。

【发明内容】

本发明的目的在于提供了一种在医用钛或钛合金表面制备磷酸钙纳米薄膜的方法，该磷酸钙纳米薄膜有利于改善医用钛材料的生物活性和骨结合性能。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种在医用钛或钛合金表面制备磷酸钙纳米薄膜的方法，包括下述步骤：

1）将医用钛或钛合金采用180～1200号砂纸逐级打磨，然后分别用去离子水、无水乙醇、丙酮超声清洗，晾干；

2）将Ca₃(PO₄)₂、CaHPO₄或Ca(H₂PO₄)₂过饱和溶液加到水热釜的内衬中，然后将内衬放入水热釜中，再将钛或钛合金试样放于水热釜的支架上，使得钛或钛合金试样保持在过饱和溶液液面以下，设定反应温度为160-200℃，反应时间为16-24h；

3）待反应结束，水热釜温度降至室温后，取出水热釜，将水热釜中的产物洗涤后，再干燥，即在医用钛或钛合金表面得到磷酸钙纳米薄膜。

本发明进一步改进在于：步骤1）中，将医用钛或钛合金采用180、500、800、1200号砂纸逐级磨光。