專利名稱：用作人工骨骼的鈦或鈦合金生物醫(yī)學(xué)材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及能移植到人體內(nèi)的假體材料，具體地說是一種用作人工骨骼的鈦或鈦合金生物醫(yī)學(xué)材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
由于鈦和鈦合金斷裂韌性高、且生物相容性優(yōu)越，近年來有些大醫(yī)院已開始將其應(yīng)用作為人工骨骼的材料。鈦和鈦合金盡管有生物相容性好等優(yōu)點(diǎn)，但它不能與生物體自身骨骼結(jié)合在一起，仍然表現(xiàn)為生物惰性。因此，對鈦或鈦合金進(jìn)行表面改性成為人們研究的熱點(diǎn)和重點(diǎn)。
目前，國內(nèi)外大多利用等離子噴涂等涂鍍技術(shù)，在鈦合金表面噴涂上一層羥基磷灰石，以達(dá)到對鈦或鈦合金進(jìn)行表面改性的目的。CN 1487117、CN 03104100.0、CN 1042067、CN01106471.4都公開了在鈦合金表面沉積羥基磷灰石生物活性層的方法，這些發(fā)明的缺點(diǎn)是羥基磷灰石生物活性層與鈦合金基體間的結(jié)合強(qiáng)度很低。CN 1487117公開了一種鈦合金表面共濺射沉積羥基磷灰石(HA)/鈦(Ti)梯度生物活性層的方法及其制品，該發(fā)明雖然一定程度上提高了羥基磷灰石與鈦合金基體間的結(jié)合強(qiáng)度，但由于涉及到羥基磷灰石原料的球磨混粉、耙材的加壓燒結(jié)、昂貴的磁控濺射儀設(shè)備的使用以及后續(xù)的高壓蒸氣處理等一系列處理過程，顯得工序冗繁，成本加大。總之，羥基磷灰石本身存在的致命缺點(diǎn)是HA本身很脆，在生物體內(nèi)易降解，并且HA的熱膨脹系數(shù)與鈦基體的熱膨脹系數(shù)不匹配，這都嚴(yán)重影響了涂層與基體之間的界面結(jié)合強(qiáng)度，從而造成了涂層脫落導(dǎo)致假體植入失敗的醫(yī)療問題；另外，用含鈦化合物的生物活性涂層材料對鈦或鈦合金進(jìn)行表面改性的方法也開始得到研究。CN 1490058披露了一種生物活性鈦及鈦合金硬組織植入材料的制備方法，采用電化學(xué)和化學(xué)復(fù)合表面改性，在鈦及鈦合金表面制備生物活性薄膜，首先采用電化學(xué)方法在Ti或Ti合金表面制備一定厚度的氧化膜，然后采用堿溶液化學(xué)處理的方法，在氧化膜表面形成一層多孔的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的鈦酸鹽凝膠層，再將試樣進(jìn)行熱處理，使網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的鈦酸鹽凝膠層晶態(tài)化，最后將經(jīng)過上述處理的材料浸入人體仿生液中，就會(huì)形成與骨質(zhì)相近的磷灰石層，其中采用的堿溶液是NaOH，形成的鈦酸鹽凝膠層是鈦酸鈉凝膠層。該方法的缺點(diǎn)是表面形成的鈦酸鈉涂層很薄，其強(qiáng)度和穩(wěn)定性較差，易發(fā)生降解，且耐磨性能低，可能造成假體植入后因材料表面降解或磨損顆粒的存在而導(dǎo)致假體松動(dòng)。
時(shí)至今日，生物活性涂層與基體間的界面結(jié)合問題仍然是臨床上應(yīng)用鈦或鈦合金生物醫(yī)學(xué)材料作為人工骨骼移植到人體內(nèi)最突出的問題，如何在成型人工骨骼的鈦及鈦合金基體表面生成既與基體結(jié)合牢固、又與生物體相容并結(jié)合、且本身具有高強(qiáng)度的薄層生物活性涂層，是當(dāng)今材料科學(xué)者和醫(yī)學(xué)科學(xué)者共同急待解決的難題。為了開發(fā)鈦基生物醫(yī)學(xué)材料的表面改性的新方法，本發(fā)明人在近前期申請了以下兩件相關(guān)專利CN 200510013523.0“鈦基生物醫(yī)學(xué)材料的表面微孔鈦的制備方法”，其主要目的是通過表面多孔化來提高生物活性涂層與鈦基體的結(jié)合強(qiáng)度；CN 200510013527.9“表面有TiO2涂層的鈦合金生物醫(yī)學(xué)復(fù)合材料及其制備方法”，其主要目的是更好地解決了生物活性涂層與鈦合金基體的界面結(jié)合問題，還進(jìn)一步提高了鈦合金表面的耐磨耐蝕性和血液相容性。然而，為了滿足臨床的使用要求，還需要不斷開發(fā)新的用作人工骨骼的鈦合金生物醫(yī)學(xué)材料。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種用作人工骨骼的鈦及鈦合金生物醫(yī)學(xué)材料及其制備方法，該材料本身具有的自組裝鈣磷化合物納米晶須/自生鈦酸鉀薄膜生物材料薄層既與基體結(jié)合牢固、又具有優(yōu)越的生物相容性，在生物體中與所接觸的生物組織相容并自然結(jié)合成一體。
本發(fā)明解決該技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是本發(fā)明的用作人工骨骼的鈦或鈦合金生物醫(yī)學(xué)材料，是一種具有外層為自組裝鈣磷化合物納米晶須、里層為自生鈦酸鉀薄膜的生物活性涂層的鈦或鈦合金生物醫(yī)學(xué)材料，表示為自組裝鈣磷化合物納米晶須/自生鈦酸鉀薄膜/鈦或鈦合金生物醫(yī)學(xué)材料。
本發(fā)明的用作人工骨骼的鈦或鈦合金生物醫(yī)學(xué)材料，其中自組裝鈣磷化合物納米晶須的化學(xué)組成為羥基磷灰石，其晶體為六方晶系，屬于L6PC對稱型和P63/m空間群。
本發(fā)明的用作人工骨骼的鈦或鈦合金生物醫(yī)學(xué)材料，其中鈦酸鉀薄膜的主要成分是K2Ti2O5.xH2O和K2Ti8O17，厚度在3～20μm，呈均勻的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的用作人工骨骼的鈦或鈦合金生物醫(yī)學(xué)材料，其中鈦合金是Ti-Mo、Ti-Mo-Nb、Ti-Mo-Zr-Fe、或Ti-Nb-Zr系鈦合金。
本發(fā)明的用作人工骨骼的鈦或鈦合金生物醫(yī)學(xué)材料，其中鈦合金優(yōu)選是Ti-15Mo-3Nbβ鈦合金、Ti-13Nb-13Zrβ鈦合金、Ti-15Mo鈦合金、Ti-12Mo-6Zr-2Feβ鈦合金。
本發(fā)明的用作人工骨骼的鈦或鈦合金生物醫(yī)學(xué)材料的制備方法，其步驟是(1)用作人工骨骼的鈦或鈦合金基體的制備及預(yù)處理在1600～2000℃溫度下熔煉鈦、Ti-Mo、Ti-Mo-Nb、Ti-Mo-Zr-Fe、或Ti-Nb-Zr系鈦合金制備出人工骨骼假體材料，然后經(jīng)熱鍛退火并線切割成所需的人工骨骼的樣品，將該樣品在超聲波清洗機(jī)上用丙酮清洗至去掉油漬，之后用水砂紙打磨，將打磨好的人工骨骼的樣品在超聲波清洗機(jī)上依次用丙酮、無水乙醇、去離子水分別清洗至去除表面的油污和磨屑，最后放入干燥箱中于37℃干燥，備用；(2)采用化學(xué)反應(yīng)方法處理，在鈦或鈦合金表面形成自組裝鈣磷化合物納米晶須/自生鈦酸鉀薄膜生物活性梯度薄層先將第(1)步預(yù)處理好的鈦或鈦合金基體樣品放入硝酸或鹽酸或硫酸與去離子水按照體積比為酸∶去離子水＝1～3∶1配制成的單一酸或混合酸溶液中，在60～80℃下處理5～15小時(shí)，取出后用去離子水超聲清洗，接著放入濃度為2～8mol/L的KOH溶液中于60～110℃下處理5～24小時(shí)，之后用去離子水超聲清洗兩遍至干凈，之后于干燥箱中在37℃放置直至干燥，接下來對樣品進(jìn)行預(yù)鈣化處理，即將酸堿處理后的鈦或鈦合金基體樣品放在37～45℃的0.5～1.5mol/L K2HPO4溶液中10～20小時(shí)，再在室溫的飽和Ca(OH)2溶液中浸泡5～10小時(shí)，取出后用去離子水淋洗，最后放入37℃的模擬體液中培養(yǎng)2～5天數(shù)即得到用作人工骨骼的自組裝鈣磷化合物納米晶須/自生鈦酸鉀薄膜/鈦或鈦合金生物醫(yī)學(xué)材料。
模擬體液的英文縮寫為SBF。
本發(fā)明的有益效果是(1)具有優(yōu)越的生物相容性，在生物體中與所接觸的生物組織相容并自然結(jié)合成一體。
以本發(fā)明方法制備的鈣磷化合物納米晶須/自生鈦酸鉀薄膜/鈦或鈦合金生物醫(yī)學(xué)材料不但大幅度提高了鈦及鈦合金的耐蝕性，且在保證此種生物醫(yī)學(xué)材料優(yōu)越生物相容性的基礎(chǔ)上，通過生物體液中的鈣、磷離子在自生鈦酸鉀薄膜/鈦或鈦合金生物醫(yī)學(xué)材料表面沉積吸附而形成的納米鈣磷化合物晶須的自組裝，使得這種材料表面在生物體中能與所接觸的生物組織相容并自然結(jié)合成一體。這通過體外細(xì)胞培養(yǎng)試驗(yàn)得到了很好的證實(shí)。體外細(xì)胞培養(yǎng)試驗(yàn)表明成骨細(xì)胞在材料表面附著生長率，本發(fā)明的鈣磷化合物納米晶須/自生鈦酸鉀薄膜/鈦或鈦合金生物醫(yī)學(xué)材料是純鈦或鈦合金基體的2.3倍。本發(fā)明的自組裝納米鈣磷化合物晶須/自生鈦酸鉀薄膜/鈦或鈦合金生物醫(yī)學(xué)材料的生物相容性和結(jié)合性不但優(yōu)于純鈦或鈦合金本身，其生物結(jié)合性還高于HA/Ti生物材料，其重要原因在于生物體液中的鈣磷化合物在自生鈦酸鉀薄膜/鈦或鈦合金生物材料表面上產(chǎn)生了鈣磷化合物納米晶須的自組裝結(jié)構(gòu)，使得本發(fā)明材料表面生物活性涂層與生體組織間能形成梯度過渡的生物結(jié)合，從而大大提高了此種植入假體的生物力學(xué)適應(yīng)性。
(2)與鈦或鈦合金基體結(jié)合牢固。
由于K2Ti2O5.xH2O中的鉀離子具有很高的活性，能從其層間結(jié)構(gòu)中溶出與鈣離子發(fā)生置換，具有很強(qiáng)的鈣磷吸附能力，而K2Ti8O17較為穩(wěn)定且其強(qiáng)度較高，從而使形成的鈦酸鉀生物活性薄膜又具有很高的穩(wěn)定性和強(qiáng)度。由于鈦或鈦合金表面的氧化層為鈦酸鉀的形成提供了原位自生的條件，因此鈦酸鉀薄膜與基體間可以形成牢固的界面結(jié)合。通過測定，本發(fā)明的鈦或鈦合金表面自生反應(yīng)生成的鈦酸鉀薄膜與鈦合金基體界面形成了牢固的化學(xué)鍵合，另外，通過薄膜測厚儀測得該薄層的厚度在3～20μm，呈均勻的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，且具有很好的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，為納米鈣磷化合物品須的自組裝提供了良好的化學(xué)反應(yīng)條件和結(jié)構(gòu)條件，使二者可以形成牢固的化學(xué)結(jié)合和結(jié)構(gòu)梯度結(jié)合。
(3)具有實(shí)用性。
本發(fā)明的制備方法能在形狀復(fù)雜的假體材料的表面形成一層均勻的生物活性層，且對設(shè)備要求低，大大降低了此生物材料的制備成本，有利于其作為硬組織修復(fù)及替換的材料的推廣和應(yīng)用。
除了如上所述之外，本發(fā)明的有益效果還體現(xiàn)在下面的具體實(shí)施方法中。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。
圖1是本發(fā)明的鈦或鈦合金經(jīng)化學(xué)方法處理后表面所形成自生鈦酸鉀薄膜的X-射線衍射圖譜。
圖2是本發(fā)明的鈦或鈦合金表面原位自生鈦酸鉀薄膜的SEM形貌。
圖3是本發(fā)明材料表面自組裝納米鈣磷化合物晶須沉積層的X-射線衍射圖譜。
圖4是本發(fā)明材料表面自組裝納米鈣磷化合物晶須沉積層在SEM和TEM下的微觀結(jié)構(gòu)。
圖5是本發(fā)明材料表面體外細(xì)胞培養(yǎng)的光鏡照片。
具體實(shí)施例方式
從圖1所示的衍射圖譜分析可知，自生鈦酸鉀薄膜的相組成主要是K2Ti2O5.xH2O和K2Ti8O17，含有少量的Ti2O。由于K2Ti2O5.xH2O中的鉀離子具有很高的活性，能從其層間結(jié)構(gòu)中溶出與鈣離子發(fā)生置換，具有很強(qiáng)的鈣磷吸附能力，為骨質(zhì)磷灰石在其表面形成提供了良好的化學(xué)反應(yīng)條件，而K2Ti8O17較為穩(wěn)定且強(qiáng)度較高，從而使形成的鈦酸鉀生物活性薄膜又具有很高的穩(wěn)定性和強(qiáng)度。由于鈦或鈦合金表面的氧化層為鈦酸鉀的形成提過了原位自生的化學(xué)反應(yīng)條件，因此鈦酸鉀薄膜與基體間形成了牢固的界面結(jié)合。
圖2中(a)為鈦基體表面原位自生鈦酸鉀薄膜；(b)為Ti-13Nb-13Zr合金表面原位自生鈦酸鉀薄膜；(c～e)為Ti-12Mo-6Zr-2Fe合金表面經(jīng)過不同的化學(xué)處理得到的原位自生鈦酸鉀薄膜；(f)為Ti-15Mo合金表面原位自生鈦酸鉀薄膜；(g～h)為Ti-15Mo-3Nb合金表面經(jīng)過不同化學(xué)處理得到的原位自生鈦酸鉀薄膜；從圖中觀察可見鈦或鈦合金表面形成的鈦酸鉀薄膜都呈均勻的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，這種多孔的網(wǎng)狀凝膠層為骨質(zhì)磷灰石在其表面的形核長大提供了良好的結(jié)構(gòu)條件。
從圖3所示自組裝納米鈣磷化合物晶須沉積層的X-射線衍射圖譜分析知道，這種鈣磷化合物為羥基磷灰石。
圖4中(a)為鈣磷化合物晶須沉積層的SEM的高倍放大的形貌，從圖中可以清楚的看到納米自組裝結(jié)構(gòu)，羥基磷灰石納米晶須相互交錯(cuò)在一起；(b)為羥基磷灰石的TEM照片，可見羥基磷灰石呈納米針狀的晶須，這是典型的羥基磷灰石結(jié)構(gòu)。由于鈦或鈦合金表面原位自生鈦酸鉀薄膜參與了納米羥基磷灰石形成的化學(xué)反應(yīng)，因此二者之間可以形成一個(gè)牢固的化學(xué)梯度結(jié)合，而結(jié)構(gòu)梯度又大大提高了本發(fā)明材料的生物力學(xué)適應(yīng)性。
圖5中(a)是細(xì)胞培養(yǎng)2天時(shí)的光鏡照片；(b)是細(xì)胞培養(yǎng)6天時(shí)的光鏡照片。從(a)(b)兩圖可知，細(xì)胞的形態(tài)正常，隨著培養(yǎng)時(shí)間的延長，成骨細(xì)胞在不斷的增殖，而且細(xì)胞在材料的邊緣形成了良好的附壁生長趨勢，由此可見，此種材料具有良好的細(xì)胞相容性，若植入體內(nèi)將有利于促進(jìn)損傷骨組織與植入體間的早期愈合。
實(shí)施例1(1)用作人工骨骼的鈦或鈦合金基體的制備及預(yù)處理在1600℃溫度下熔煉鈦制備出人工骨骼假體材料，然后經(jīng)熱鍛退火線切割成所需的人工骨骼的樣品，將該樣品在超聲波清洗機(jī)上用丙酮清洗20分鐘，去掉油漬，之后依次用80#、280#、400#、600#、800#水砂紙打磨，將打磨好的人工骨骼的樣品在超聲波清洗機(jī)上依次用丙酮、無水乙醇、去離子水分別清洗20分鐘，去除表面的油污和磨屑，最后放入干燥箱中于37℃干燥，備用；(2)采用化學(xué)反應(yīng)方法處理，在鈦或鈦合金表面形成自組裝鈣磷化合物納米晶須/自生鈦酸鉀生物活性梯度薄層先將第(1)步預(yù)處理好的人工骨骼的樣品放入硝酸與去離子水按照3∶1的體積比配制成的酸溶液中，在60℃下處理10小時(shí)，取出后用去離子水超聲清洗，接著放入濃度為8mol/L的KOH溶液中于65℃下處理12小時(shí)，之后用去離子水超聲清洗20分鐘，清洗兩遍之后在37℃干燥24小時(shí)，其形貌如圖2(a)所示，接下來對樣品進(jìn)行預(yù)鈣化處理，即將酸堿處理后的樣品放在45℃的0.5mol/L K2HPO4溶液中20小時(shí)，再在室溫的飽和Ca(OH)2溶液中浸泡10小時(shí)，取出后用去離子水淋洗，最后放入37℃的模擬體液中培養(yǎng)2天數(shù)即得到用作人工骨骼的自組裝鈣磷化合物納米晶須/自生鈦酸鉀薄膜/鈦或鈦合金生物醫(yī)學(xué)材料。
實(shí)施例2(1)用作人工骨骼的鈦或鈦合金基體的制備及預(yù)處理在1700℃溫度下熔煉Ti-13Nb-13Zrβ鈦合金制備出人工骨骼假體材料，然后經(jīng)熱鍛退火線切割成所需的人工骨骼的樣品，將將該樣品在超聲波清洗機(jī)上用丙酮清洗20分鐘，去掉油漬，之后依次用80#、280#、400#、600#、800#水砂紙打磨，將打磨好的人工骨骼的樣品在超聲波清洗機(jī)上依次用丙酮、無水乙醇、去離子水分別清洗20分鐘，去除表面的油污和磨屑，最后放入干燥箱中于37℃干燥，備用；(2)采用化學(xué)反應(yīng)方法處理，在鈦或鈦合金表面形成自組裝鈣磷化合物納米晶須/自生鈦酸鉀生物活性梯度薄層先將第(1)步預(yù)處理好的人工骨骼的樣品放入硫酸與去離子水按照1∶1體積比配制成的酸溶液中，在70℃下處理7小時(shí)，取出后用去離子水超聲清洗。接著放入濃度為3mol/L的KOH溶液中于80℃下處理15小時(shí)，之后用去離子水超聲清洗20分鐘，清洗兩遍之后在37℃干燥24小時(shí)，其形貌如圖2(b)所示，接下來對樣品進(jìn)行預(yù)鈣化處理，即將酸堿處理后的樣品放在43℃的0.8mol/L K2HPO4溶液中18小時(shí)，再在室溫的飽和Ca(OH)2溶液中浸泡8小時(shí)，取出后用去離子水淋洗，最后放入37℃的模擬體液中培養(yǎng)3天數(shù)即得到用作人工骨骼的自組裝鈣磷化合物納米晶須/自生鈦酸鉀薄膜/鈦或鈦合金生物醫(yī)學(xué)材料。
實(shí)施例3(1)用作人工骨骼的鈦或鈦合金基體的制備及預(yù)處理在1800℃溫度下熔煉Ti-12Mo-6Zr-2Feβ鈦合金制備出人工骨骼假體材料，然后經(jīng)熱鍛退火線切割成所需的人工骨骼的樣品，將將該樣品在超聲波清洗機(jī)上用丙酮清洗20分鐘，去掉油漬，之后依次用80#、280#、400#、600#、800#水砂紙打磨，將打磨好的人工骨骼的樣品在超聲波清洗機(jī)上依次用丙酮、無水乙醇、去離子水分別清洗20分鐘，去除表面的油污和磨屑，最后放入干燥箱中于37℃干燥，備用；
(2)采用化學(xué)反應(yīng)方法處理，在鈦或鈦合金表面形成自組裝鈣磷化合物納米晶須/自生鈦酸鉀生物活性梯度薄層先將第(1)步預(yù)處理好的樣品放入鹽酸、硝酸、和硫酸分別與去離子水按照體積比分別為1∶1、2∶1、和1∶1配制成的混合酸溶液中，在60℃下處理15小時(shí)，取出后用去離子水超聲清洗，接著放入濃度為2mol/L的KOH溶液中于110℃下處理5小時(shí)，之后用去離子水超聲清洗20分鐘，清洗兩遍之后在37℃干燥24小時(shí)，其形貌分別如圖2(c～e)所示，接下來對樣品進(jìn)行預(yù)鈣化處理，即將酸堿處理后的樣品放在40℃的1.0mol/L K2HPO4溶液中15小時(shí)，再在室溫的飽和Ca(OH)2溶液中浸泡8小時(shí)，取出后用去離子水淋洗。最后放入37℃的模擬體液中培養(yǎng)3天數(shù)即得到用作人工骨骼的自組裝鈣磷化合物納米晶須/自生鈦酸鉀薄膜/鈦或鈦合金生物醫(yī)學(xué)材料。
實(shí)施例4(1)用作人工骨骼的鈦或鈦合金基體的制備及預(yù)處理在1900℃溫度下熔煉Ti-15Mo鈦合金制備出人工骨骼假體材料，然后經(jīng)熱鍛退火線切割成所需的人工骨骼的樣品，將將該樣品在超聲波清洗機(jī)上用丙酮清洗20分鐘，去掉油漬，之后依次用80#、280#、400#、600#、800#水砂紙打磨，將打磨好的人工骨骼的樣品在超聲波清洗機(jī)上依次用丙酮、無水乙醇、去離子水分別清洗20分鐘，去除表面的油污和磨屑，最后放入干燥箱中于37℃干燥，備用；(2)采用化學(xué)反應(yīng)方法處理，在鈦或鈦合金表面形成自組裝鈣磷化合物納米晶須/自生鈦酸鉀生物活性梯度薄層先將第(1)步預(yù)處理好的樣品放入硝酸與去離子水按照3∶1的體積比配制成的酸溶液中，在80℃下處理5小時(shí)，取出后用去離子水超聲清洗。接著放入濃度為2mol/L的KOH溶液中于60℃下處理24小時(shí)，之后用去離子水超聲清洗20分鐘，清洗兩遍之后在37℃干燥24小時(shí)，其形貌如圖2(f)所示，接下來對樣品進(jìn)行預(yù)鈣化處理，即將酸堿處理后的樣品放在38℃的1.2mol/L K2HPO4溶液中12小時(shí)，再在室溫的飽和Ca(OH)2溶液中浸泡6小時(shí)，取出后用去離子水淋洗。最后放入37℃的模擬體液中培養(yǎng)4天數(shù)即得到用作人工骨骼的自組裝鈣磷化合物納米晶須/自生鈦酸鉀薄膜/鈦或鈦合金生物醫(yī)學(xué)材料。
實(shí)施例5(1)用作人工骨骼的鈦或鈦合金基體的制備及預(yù)處理在2000℃溫度下熔煉Ti-15Mo-3Nbβ鈦合金制備出人工骨骼假體材料，然后經(jīng)熱鍛退火線切割成所需的人工骨骼的樣品，將將該樣品在超聲波清洗機(jī)上用丙酮清洗20分鐘，去掉油漬，之后依次用80#、280#、400#、600#、800#水砂紙打磨，將打磨好的人工骨骼的樣品在超聲波清洗機(jī)上依次用丙酮、無水乙醇、去離子水分別清洗20分鐘，去除表面的油污和磨屑。最后放入干燥箱中于37℃干燥備用。
(2)采用化學(xué)反應(yīng)方法處理，在鈦或鈦合金表面形成自組裝鈣磷化合物納米晶須/自生鈦酸鉀生物活性梯度薄層先將第(1)步預(yù)處理好的樣品放入硝酸與去離子水按照3∶1的體積比配制成的酸溶液中，在60℃下處理10小時(shí)，取出后用去離子水超聲清洗，接著分別放入濃度為2mol/L和4mol/L的KOH溶液中于100℃下處理5小時(shí)，之后用去離子水超聲清洗20分鐘，清洗兩遍之后在37℃干燥24小時(shí)，其形貌分別如圖2(g)(h)所示，接下來對樣品進(jìn)行預(yù)鈣化處理，即將酸堿處理后的樣品放在37℃的1.5mol/L K2HPO4溶液中10小時(shí)，再在室溫的飽和Ca(OH)2溶液中浸泡5小時(shí)，取出后用去離子水淋洗。最后放入37℃的模擬體液中培養(yǎng)5天即得到用作人工骨骼的自組裝鈣磷化合物納米晶須/自生鈦酸鉀薄膜/鈦或鈦合金生物醫(yī)學(xué)材料。
實(shí)施例6本發(fā)明的納米鈣磷化合物晶須/自生鈦酸鉀薄膜/鈦或鈦合金生物醫(yī)用材料的生物相容性和生物活性評價(jià)試驗(yàn)。
進(jìn)行體外成骨細(xì)胞(OCT-1 cells)培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)，原始接種密度為1.5×104個(gè)/ml，培養(yǎng)6天后本發(fā)明材料的表面細(xì)胞密度增殖近9.3倍，達(dá)到13.9×104個(gè)/ml，而且活細(xì)胞在其上具有強(qiáng)烈的附壁生長趨勢，并與之形成較強(qiáng)的生物吸附，表現(xiàn)出良好的細(xì)胞相容性，如圖5所示。
權(quán)利要求
1.用作人工骨骼的鈦或鈦合金生物醫(yī)學(xué)材料，其特征在于是一種具有外層為自組裝鈣磷化合物納米晶須、里層為自生鈦酸鉀薄膜的生物活性涂層的鈦或鈦合金生物醫(yī)學(xué)材料，表示為自組裝鈣磷化合物納米晶須/自生鈦酸鉀薄膜/鈦或鈦合金生物醫(yī)學(xué)材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述用作人工骨骼的鈦或鈦合金生物醫(yī)學(xué)材料，其特征在于其中自組裝鈣磷化合物納米晶須的化學(xué)組成為羥基磷灰石，其晶體為六方晶系，屬于L6PC對稱型和P63/m空間群。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述用作人工骨骼的鈦或鈦合金生物醫(yī)學(xué)材料，其特征在于其中鈦酸鉀薄膜的主要成分是K2Ti2O5.xH2O和K2Ti8O17，厚度在3～20μm，呈均勻的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述用作人工骨骼的鈦或鈦合金生物醫(yī)學(xué)材料，其特征在于其中鈦合金是Ti-Mo、Ti-Mo-Nb、Ti-Mo-Zr-Fe、或Ti-Nb-Zr系鈦合金。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述用作人工骨骼的鈦或鈦合金生物醫(yī)學(xué)材料，其特征在于其中鈦合金是Ti-15Mo-3Nbβ鈦合金、Ti-13Nb-13Zrβ鈦合金、Ti-15Mo鈦合金、Ti-12Mo-6Zr-2Feβ鈦合金。
6.權(quán)利要求1所述用作人工骨骼的鈦或鈦合金生物醫(yī)學(xué)材料的制備方法，其特征在于步驟是(1)用作人工骨骼的鈦或鈦合金基體的制備及預(yù)處理在1600～2000℃溫度下熔煉鈦、Ti-Mo、Ti-Mo-Nb、Ti-Mo-Zr-Fe、或Ti-Nb-Zr系鈦合金制備出人工骨骼假體材料，然后經(jīng)熱鍛退火并線切割成所需的人工骨骼的樣品，將該樣品在超聲波清洗機(jī)上用丙酮清洗至去掉油漬，之后用水砂紙打磨，將打磨好的人工骨骼的樣品在超聲波清洗機(jī)上依次用丙酮、無水乙醇、去離子水分別清洗至去除表面的油污和磨屑，最后放入干燥箱中于37℃干燥，備用；(2)采用化學(xué)反應(yīng)方法處理，在鈦或鈦合金表面形成自組裝鈣磷化合物納米晶須/自生鈦酸鉀薄膜生物活性梯度薄層先將第(1)步預(yù)處理好的鈦或鈦合金基體樣品放入硝酸或鹽酸或硫酸與去離子水按照體積比為酸∶去離子水＝1～3∶1配制成的單一酸或混合酸溶液中，在60～80℃下處理5～15小時(shí)，取出后用去離子水超聲清洗，接著放入濃度為2～8mol/L的KOH溶液中于60～110℃下處理5～24小時(shí)，之后用去離子水超聲清洗兩遍至干凈，之后于干燥箱中在37℃放置直至干燥，接下來對樣品進(jìn)行預(yù)鈣化處理，即將酸堿處理后的鈦或鈦合金基體樣品放在37～45℃的0.5～1.5mol/L K2HPO4溶液中10～20小時(shí)，再在室溫的飽和Ca(OH)2溶液中浸泡5～10小時(shí)，取出后用去離子水淋洗，最后放入37℃的模擬體液中培養(yǎng)2～5天數(shù)即得到用作人工骨骼的自組裝鈣磷化合物納米晶須/自生鈦酸鉀薄膜/鈦或鈦合金生物醫(yī)學(xué)材料。
全文摘要
本發(fā)明的用作人工骨骼的鈦或鈦合金生物醫(yī)學(xué)材料及其制備方法涉及能移植到人體內(nèi)的假體材料，是一種自組裝鈣磷化合物納米晶須/自生鈦酸鉀薄膜/鈦或鈦合金生物醫(yī)學(xué)材料，其中自組裝鈣磷化合物納米晶須為羥基磷灰石，其晶體為六方晶系，自生鈦酸鉀薄膜的主要成分是K
文檔編號A61L27/00GK1695744SQ20051001381
公開日2005年11月16日 申請日期2005年6月14日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月14日
發(fā)明者崔春翔, 戚玉敏, 李艷春, 張芳, 申玉田, 劉雙進(jìn) 申請人:河北工業(yè)大學(xué)