[发明专利]具有表面可控微纳复合结构生物膜的钛植入体的制备方法

说明书

本发明属于生物医用材料领域，公开了一种具有表面可控微纳复合结构生物膜的钛植入体的制备方法，包括以下步骤：(1)设计表面具有微米孔隙的钛植入体模型；(2)采用增材制造方法中的激光选区熔化(SLM)技术将钛植入体模型打印成形，得到钛植入体初品；(3)采用等离子体微弧氧化(PEO)技术配合水热法后处理或电泳沉积法后处理在所述钛植入体初品的表面原位生成微纳复合结构的羟基磷灰石膜层，从而得到钛植入体成品。本发明通过对植入体细节结构设计及制备方法整体工艺流程设计进行改进，模仿生物骨组织结构，获得表面形貌和成分可控的微纳复合结构生物膜层，能增加植入件与周围组织的结合效率和结合强度。

技术领域

本发明属于生物医用材料领域，更具体地，涉及一种具有表面可控微纳复合结构生物膜的钛植入体的制备方法。

背景技术

钛及钛合金由于具有优良的力学性能、较低的密度、抗腐蚀性能良好、生物相容性较好等优点，成为临床上最常用的金属植入材料，特别是关节替换和牙修复领域。然而钛及其合金的高熔点、高活性、大变形抗力和较差的切削加工能力等特性使得其加工制造难度大，复杂结构难制造甚至无法制造。由于采用计算机辅助设计对三维零件模型进行切片和逐层加工方法，激光选区熔化(SLM)技术完全消除了传统加工方法对制品几何形状的限制，在制备复杂结构和个性化制作等方面具有显著的优势。

然而钛及钛合金属于生物惰性材料，植入后，与人体骨骼一般只能形成简单的机械结合，缺乏骨诱导作用，与周围组织难以形成强有力的化学结合，容易造成植入体松动脱落。尤其是义齿紧固螺钉和有柄人工髋关节替换等植入件，与人体组织接触受力集中，压强大，术后容易出现松动、磨损和感染等合并症，影响植入件使用寿命。同时，钛合金较差的耐磨损性能在一定程度上制约着其服役寿命，而且体液环境会导致金属表面的腐蚀，可能会使某些金属离子游离出来进入肌体组织，产生过敏、毒性、血栓等不良反应。

当钛合金植入人体后，植入体表面形貌特征直接影响植入体的耐磨损性能和啮合强度。基于摩擦学原理，植入体的表面形貌特征包括表面波度、表面粗糙度和轮廓偏度等。表面粗糙度是指由加工方法在加工表面所产生的微观形状误差，也称微观不平度。表面波动度是指表面峰谷起伏中间距较宽并呈现出周期性的成分。表面粗糙度属于加工过程中所产生，按常规定义，表面波动度可以通过前期设计波距L(波峰与波峰或波谷与波谷之间的距离)和波高H(波峰和波谷之间的高度)的比值来改变。偏度表示表面轮廓偏离中心轴的分布情况，当表面轮廓偏度为负时，表面摩擦系数和磨损率较低，如图2示例Ⅰ所示；而当偏度为正时，此表面容易形成自锁效应，啮合强度高,如图2示例Ⅱ所示。牙钉、骨柄等植入件需要稳定固定在骨组织内，要求和骨组织可靠啮合不松脱，且具有良好的组织相容性。通过对天然骨进行表征,发现骨表面存在着多尺度的复合结构,包括宏观结构组织、微米级结构组织和纳米级结构组织，具体包括宽度10～500μm的微沟槽,直径50～500μm,深度500～200μm的凹坑,且在此基础上,尺度更小的微米、亚微米纹理和纳米孔分布在整个骨表面。对钛合金植入体的表面微结构进行合理设计、制造，使其既可保留基体的优良性能，又可提高植入体的骨整合性能，使植入体与组织结合更牢固，并能促进细胞的粘附、增殖和分化，促进新型植入体与骨组织的早期整合。所以，材料表面微纳结构化处理对钛植入体在临床领域的应用具有重要的现实意义，己成为植入体领域的研究热点。目前，钛合金表面微纳复合结构膜层的制备多采用喷砂和酸碱蚀处理，而喷砂和酸碱蚀处理形成的膜层表面形貌不规则，成分不均匀，结合强度不够。

发明内容