[发明专利]基于仿生矿化的非晶-结晶磷酸钙复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了基于仿生矿化的非晶‑结晶磷酸钙复合材料及其制备方法和应用，属于医用材料领域。该非晶‑结晶磷酸钙复合材料在钛、氧化锆或者聚醚醚酮的基体表面通过胶原蛋白诱导仿生矿化形成的非晶磷酸钙矿化层和结晶羟基磷灰石矿化层，基体依次经过超声波清洗和等离子氧亲水处理后滴涂或旋涂I型胶原蛋白溶液，室温干燥后分别置于SBF‑1溶液和SBF‑2溶液中仿生矿化得到。本发明在接近生理条件下基体表面通过仿生矿化形成非晶‑结晶磷酸钙复合材料，同时模拟天然骨骼的有机和无机复合成分，具有良好的促进骨生长和生物相容性，工艺简单且成本低，可避免高温引起的相变和脆裂，大大增强基体与涂层间的结合力，可用于口腔种植体。

技术领域

本发明属于医用材料领域，具体涉及基于仿生矿化的非晶-结晶磷酸钙复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

上世纪50年代中期，瑞典的Branemark教授在研究骨微循环的实验中证实纯钛具有良好的生物相容性，从而提出种植体骨结合(osseointegration)理论，并将其定义为“负载的种植体表面与周围发育良好的骨组织之间在结构和功能上的直接结合”。种植体植入后在口腔环境中的长期稳定性是种植体成功的关键，如何保证种植体与骨组织之间具有良好的结合界面，同时可以让界面具有神经、血管依附从而获得生物活性涂层是未来发展的方向之一。1969年Hench教授首先提出生物活性的概念，生物活性是指骨生物材料与生物组之间存在化学键的一个特征。生物活性材料是指能与周围微环境进行动态互动以促进和增强骨骼的形成，其中最具代表性的是指生物活性陶瓷如磷酸钙陶瓷，包括羟基磷灰石(HAP)、磷酸三钙(Ca₃(PO₄)₂)和无定形磷酸钙(ACP)等，磷酸钙材料不仅具有良好的生物相容性和骨传导性，而且还可以在体内降解释放离子，形成一个弱碱性的环境以提高细胞活性和加速骨修复等优点。

骨和牙种植体的磷酸钙涂层是由de Groot和Geesink提出的，磷酸钙陶瓷经常被用作金属植入材料表面的涂层，以兼具金属的机械强度和磷酸钙陶瓷的出色生物学特性。现有技术中有几种方法用于生成磷酸钙涂层，通过生物材料浸入过饱和磷酸钙溶液中诱导材料表面的磷酸钙成核的方法的沉积工艺如浸涂、溶胶-凝胶、电泳沉积、仿生合成，物理沉积如等离子喷涂、溅射工艺、热喷涂等，但这些方法各有优缺点。采用等离子体喷涂技术将磷酸钙涂层应用于种植体取得商业成功主要归因于其高效快速形成涂层以及涂层厚度、表面形貌和化学成分易于控制等优势，尽管大量研究证实等离子喷涂涂层良好的骨传导和骨结合行为，但仍存在一些问题，如喷涂过程温度过高且冷却速度快，而陶瓷粉材料的热膨胀系数和弹性模量与钛金属基体的差别较大，使涂层易产生残余应力而导致涂层在钛合金基体上的相变和开裂，降低了涂层与基体的结合强度，并且还可能导致与羟基磷灰石颗粒碎片相关的不期望的生物反应，而且复杂形状的表面不容易实现均匀的涂层等；电泳沉积技术需要高温烧结才能达到高的致密度，热膨胀冷却导致涂层容易脱落；溶胶-凝胶法制备方法虽然在低温下进行，但凝胶在烧结过程中有较大的收缩，涂层易开裂。

发明内容

为克服现有技术的上述不足，本发明的第一目的是提供基于仿生矿化的非晶-结晶磷酸钙复合材料，在钛、氧化锆或聚醚醚酮表面使用胶原蛋白诱导矿化形成非晶-结晶磷酸钙复合涂层。

本发明的第二目的是提供上述非晶-结晶磷酸钙复合材料的制备方法，采用仿生矿化技术在复杂形状的基体表面实现均匀涂层，工艺简单且成本低，可避免高温引起的相变和脆裂，大大增强基体与涂层间的结合力。

本发明的第三目的是提供上述非晶-结晶磷酸钙复合材料在口腔种植体中的应用。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

基于仿生矿化的非晶-结晶磷酸钙复合材料，包括基体和在所述基体表面通过胶原蛋白诱导仿生矿化形成的非晶磷酸钙矿化层和结晶羟基磷灰石矿化层；其中，所述基体选自钛(Ti)、氧化锆(ZrO₂)或者聚醚醚酮(PEEK)。

优选地，所述非晶-结晶磷酸钙复合材料的厚度为200nm-2μm。