[发明专利]医用植入体材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于医用金属材料表面改性技术领域，特别涉及一种医用植入体材料及其制备方法。

背景技术

生物医用金属材料又称为外科植入金属材料，具有高的机械强度和抗疲劳性能，是临床应用中最广泛的承力植入材料。与生物陶瓷及生物高分子材料相比，生物医用金属材料具有高的强度、良好的韧性及抗弯曲疲劳强度、优异的加工性能等许多其它医用材料不可替代的优良性能。临床应用的医用金属材料主要有不锈钢、钴铬合金、钛合金和记忆合金等几大类。此外还有形状记忆合金、贵金属以及纯金属钽、铌、锆等。医用金属材料种类繁多，但在临床医用普遍存在两个问题，其一，医用金属材料植入人体后，生理环境的腐蚀会造成的金属离子向周围组织扩散，导致周围组织的毒副作用，其中最具代表性是镍、钴、铬等毒性离子。研究发现镍、钴、铬等离子对人体都有致敏反应。钢中的铬元素当呈现六价态时，对人体也有较大的毒性和过敏倾向。镍离子的富集对人体有很大毒性，有过敏反应，可能诱导有机体突变以及发生癌变。其二，在用于硬组织植入材料时，特别是用于骨植入材料和代骨材料时，医用金属材料普遍表现为生物惰性，不能和周围组织形成直接的骨性结合。所以为了使植入体内的医用金属材料充分发挥其功能，最好对其表面进行表面改性。一方面提高表面耐蚀性和耐磨性，改善其生物学特性从而减小生物学毒性；另一方面赋予材料生物活性，提高材料与骨组织的结合能力，强化骨整合作用，使材料具有更好的生物相容性和生物适配性。这也是医用金属材料临床应用中一个亟待解决的问题，同时也是医用金属材料领域的一个重要研究方向。

植入材料与组织直接接触，其界面性能尤为重要。因此，利用表面改性来提高医用金属材料的生物相容性将会是今后医用金属材料发展的趋势。近些年国内外的学者对此已经开展了较多的研究。其中研究较多的改性涂层材料包括羟基磷灰石膜层、类金刚石薄膜、氮化物薄膜、碳化硅薄膜以及高聚物涂层等。从涂层材料方面来看，类金刚石薄膜、氮化物薄膜和碳化硅薄膜等可以显著提高植入材料表面的耐腐蚀性和耐磨性，抑制毒性离子的析出，但这些材料都是生物惰性材料没有骨诱导能力和骨传导性，不能和骨组织形成骨性结合；高聚物涂层和骨组织的力学性能相近，但医用中的降解问题和组织炎性问题无法避免；羟基磷灰石膜层具有优良的骨诱导效应能够和骨组织直接形成骨性结合，但羟基磷灰石是一种脆性材料，本身的机械性能差，形成的膜层不耐磨损、结合力不高，尽管如此和上述几种材料相比，羟基磷灰石膜层仍然具有无可比拟的优势。首先羟基磷灰石是生物体硬组织的主要成分，和骨组织的力学性能相近。其次羟基磷灰石具有优良的骨诱导效应能够和骨组织直接形成骨性结合而且不会发生其他炎性反应。所以只要解决羟基磷灰石材料机械性能差的问题，则其将成为医用金属材料表面改性的一种优良涂层。

研究中发现，将羟基磷灰石和Al₂O₃、TiO₂、ZrO₂等氧化物复合形成复合陶瓷膜层，其力学性能和机械性能可以大大提高，而且不会影响羟基磷灰石本身优良的生物学性能。值得一提的是，近些年发展起来的等离子体电解氧化技术在制备羟基磷灰石/氧化物复合陶瓷膜层方面展现出巨大优势。等离子体电解氧化技术制备的陶瓷膜层，机械性能高，与基体结合紧密，可以达到冶金结合，结合力高。而且这种膜层具备外层疏松多孔、内层紧实致密的复合结构，既有利于提高基体的耐腐蚀性能，又能有效抑制基体中有害离子的析出，而且疏松多孔的外层为组织细胞的攀附锚定和生长增殖提供了足够空间，是一种优良的改性涂层。

然而等离子体电解氧化技术在制备羟基磷灰石/氧化物复合陶瓷膜层时医用金属材料样件在电解槽中处于阳极部位，使得等离子体电解氧化技术在应用时还有较大的局限性。其一，等离子体电解氧化技术主要应用于钛、锆、镁、钽等阀金属及其合金，在不锈钢、钴铬合金、镍铬合金等非阀金属中的应用还有很大限制。第二，等离子体电解氧化技术在操作中会对基体进行氧化，基体中的生物毒性离子会在新成的氧化膜中沉积，这将加剧毒性离子的析出，降低材料的生物相容性。因此，如何这就解决了传统等离子体电解氧化技术的两个难题是需要克服的一技术问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种阴极等离子体电解沉积/水热处理在医用金属植入体材料表面制备羟基磷灰石氧化物复合陶瓷膜层的方法，以解决现有等离子体电解氧化技术制备羟基磷灰石/氧化物复合陶瓷膜层时基体材料受到限制的技术问题，使用本方法制备的羟基磷灰石/氧化物复合陶瓷膜层在具有良好的力学性能的同时还具有良好的生物稳定性和生物活性。

为了实现上述发明目的，本发明的技术方案如下：