[发明专利]一种TiAl系医用钛合金植入物表面微孔化制备方法

说明书

本发明公开了一种TiAl系医用钛合金植入物表面微孔化制备方法，该方法包括：一、将TiAl系医用钛合金植入物进行清洗；二、将经清洗后的TiAl系医用钛合金植入物进行电化学处理，然后清洗和干燥；三、将经干燥后的TiAl系医用钛合金植入物热处理；四、将经热处理后的TiAl系医用钛合金植入物清洗干燥，得到表面微孔化的TiAl系医用钛合金植入物。本发明通过电化学处理，在TiAl系医用钛合金植入物的表面选择性地去除Al，形成均匀分布的纳米微孔，使其具有更高的表面能，提高了TiAl系医用钛合金植入物的亲水性能和细胞黏附性能，显著加速骨整合，改善了TiAl系医用钛合金植入物植入人体后的长期稳定性和服役寿命。

技术领域

本发明属于钛合金医疗器械表面改性技术领域，具体涉及一种TiAl系医用钛合金植入物表面微孔化制备方法。

背景技术

以钛合金为主的医用金属材料是生物材料的重要组成部分，它是目前全球外科植入物生产的主要原材料(70％以上)，特别是在一些力学环境复杂、综合性能要求高的承力器械(如人工关节、牙种植体等)，医用钛合金由于其良好的综合力学性能、更低的密度和化学稳定性目前已成为临床治疗中的首选材料。但目前已纳入我国植入物材料标准的医用钛及钛合金仅有三种：纯钛，Ti-6Al-4V，Ti-6Al-7Nb。

医疗器械除了必须可靠地工作以维持特定的医学功能外，还必须和它们所处的生物环境相容，并进一步诱导组织快速愈合和长期稳定服役。前者主要取决于装置的机械构造，而后者则主要依赖于材料的表面性质。随着材料科学、生命科学、医学及物理、化学、影像学等学科交叉发展和技术进步，具备细胞活化和诱导功能的医用钛合金材料是临床治疗发展的要求和必然趋势，它们可从分子水平刺激细胞的增殖和分化，引发特异性细胞反应，抑制非特异性反应，逐渐实现黏附、分化、增殖、凋亡及细胞外基质(ECMs)的重建，进而促进组织的再生与修复。赋予医用钛合金材料上述的生物功能化和组织诱导性，单凭冶金和加工过程无法实现，必须借助材料表面改性或修饰来改变其表面理化性质。表面修饰旨在介导材料表面与细胞的相互作用，如何控制医用钛合金材料的生物响应，抑制其非特异性响应，是生物材料表面修饰的出发点，而理想的表面修饰涉及表面拓扑结构、微观形貌、亲水-疏水平衡、蛋白质吸附等各个方面。大量实验已证明材料表面的化学成分、组织(结构)形态、力学特性、表面能等都可作为生物信号并在分子水平上有效地和特异性地调节人体附着细胞功能性基因的表达、信息核糖核酸的结构稳定、基因产物的合成与功能，从而有效地产生材料的诱导性生物功能效应，它不仅决定了生物材料的安全性、功能性，也决定了其对于重建人体生理功能的调控性。

自上世纪90年代起医用钛合金材料表面改性成为研究热点，其重要目的就是在确保材料良好的生物相容性的同时提高其生物活性或其它功能特性(如细胞活性等)，进而赋予其组织诱导性，最终发挥主动修复功能。新骨在植入体表面的形成受控于多种细胞(如成骨、破骨、成纤维、巨噬细胞等)对植入体表面的响应效应，各种细胞对植入体的响应效应不仅与材料的表面化学组成有关，而且与其表面构形的微纳米尺度有关。

目前关于生物材料或人工器械植入人体后的植入物/骨界面愈合机理，现有研究普遍认为是通过植入物表面与周围组织在分子及细胞水平上的相互作用而完成的。人工材料或器械植入骨组织后，首先迅速吸附周围组织液与血液中的生物大分子和各种细胞因子，在植入物表面形成生物大分子层，再引起后续一系列的细胞学生理过程，包括多种细胞被引导向种植体表面移行、贴壁、增殖或分化等不同的反应，以及矿化成骨。植入物表面的理化性质和微观结构特征能极大的影响生物大分子层的结构、组成和空间构象，进而导致不同的细胞学行为。因此，植入物表面选择性吸附生物大分子是它影响整个界面骨愈合过程的重要环节，这一影响可通过细胞学的反应表现出来。细胞和蛋白质的尺寸通常为1～100微米和1～10纳米，因此医用钛合金植入物表面组织和微观三维结构形貌对细胞的黏附、增殖和分化等行为具有非常重要的影响，而成骨细胞等人体组织细胞对植入物表面微纳米尺度的粗糙度变化的响应比正常光滑表面通常更为敏感，并且致密结构与多孔结构的差异对于细胞增殖、分化功能等行为的影响在一定范围内甚至大于材料表面化学成分对于细胞行为的影响。