一種三維多孔鈦基鎂摻雜涂層及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于新材料領(lǐng)域，具體的設(shè)計一種三維多孔鈦基鎂摻雜涂層及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鈦及鈦合金作為一類醫(yī)用金屬材料，具有密度小(接近人骨)、比強(qiáng)度高、耐腐蝕、生物相容性好等優(yōu)點，已成為外科植入體優(yōu)選的骨替代材料。但臨床研究發(fā)現(xiàn)，鈦及鈦合金呈現(xiàn)生物惰性，植入后主要依靠植入體-骨界面新生骨組織的長入，實現(xiàn)機(jī)械性嵌合，而新生骨組織長入范圍和程度有限，長期隨訪仍發(fā)現(xiàn)較高的無菌松動率;其次，不同年齡階段的種植對象及不同種植部位，對新生骨組織生長速度的要求也不盡相同；此外，還需充分考慮植入體植入后因磨損、腐蝕引發(fā)的炎癥反應(yīng)問題。因此，如何增加鈦及鈦合金種植體與周圍骨床的結(jié)合力和范圍，使其長期穩(wěn)定;實現(xiàn)種植體表面新生骨組織生長速度的可控、可調(diào)，已成為迫切需要解決的關(guān)鍵問題和硬骨組織修復(fù)及替換材料領(lǐng)域的研究焦點。
[0003]中國專利201080030957.0公開了一種由生物活性玻璃纖維制造的可吸收性的(resorbable)組織支架，形成一具有生物活性組成的剛性三維多孔性基質(zhì)。按照互相連接的孔隙空間的形式的孔隙度是由多孔性基質(zhì)中的生物活性玻璃纖維之間的空間而提供。所述生物可吸收性基質(zhì)的強(qiáng)度是由熔合及連結(jié)所述生物活性玻璃纖維成剛性三維基質(zhì)的生物活性玻璃而提供。所述可吸收性的組織支架支持組織的向內(nèi)生長以提供骨傳導(dǎo)性(08七600011(11101:；^；^7)作為可吸收性的組織支架，用于修復(fù)受損及/或患病的骨組織。
[0004]多孔技術(shù)及骨誘導(dǎo)物質(zhì)修飾有利于改善鈦及鈦合金的生物相容性、促進(jìn)新生骨組織的長入，實現(xiàn)其體內(nèi)種植的長期穩(wěn)定性。多孔結(jié)構(gòu)的構(gòu)建一方面可有效調(diào)節(jié)種植體的力學(xué)性能，使其在保持足夠強(qiáng)度的條件下實現(xiàn)與硬骨組織彈性模量的匹配;另一方面，材料內(nèi)部形成貫通孔結(jié)構(gòu)，孔徑小于20μπι時允許細(xì)胞滲透和軟骨組織的形成。而鈦及鈦合金表面骨誘導(dǎo)物質(zhì)修飾則可使其多孔化表面活化，實現(xiàn)與骨組織的直接化學(xué)鍵合，擴(kuò)大與周圍骨床間的結(jié)合范圍和程度；同時，骨微量元素析出對骨組織細(xì)胞的繁殖、生長也起到關(guān)鍵作用。鎂(Mg)是一種人體所需的重要微量元素。Mg與Ca為同一種族元素，具有類似的化學(xué)性質(zhì)，且Mg是人體中含量較多的微量元素，其在牙釉質(zhì)、牙本質(zhì)及骨骼中的含量分別達(dá)到了
0.44、1.23和0.72wt%。有關(guān)研究表明，Mg2+與骨組織礦化相關(guān)，適量的Mg2+有助于促進(jìn)骨髓細(xì)胞的成骨質(zhì)分化并增強(qiáng)骨傳導(dǎo)。因此，將鎂摻雜到生物活性涂層中，有望改善其成骨性能，獲得可應(yīng)用于臨床的鈦基骨組織修復(fù)與替換材料。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對現(xiàn)有技術(shù)中的問題，本發(fā)明提供一種三維多孔鈦基鎂摻雜涂層及其制備方法。所述基體為純鈦或鈦合金，對基體表面進(jìn)行多孔化預(yù)處理，然后采用鎂摻雜生物活性玻璃表面改性，構(gòu)建具有良好生物活性及抗腐蝕性的三維多孔鈦基鎂摻雜涂層。該涂層呈現(xiàn)非晶態(tài)，表面多孔結(jié)構(gòu)孔徑為2-8μπι，生物活性玻璃為鎂摻雜CaO-MgO-P2O5-S12系生物活性玻璃。
[0006]—種三維多孔鈦基鎂摻雜涂層的制備方法，包括以下步驟:
[0007]I)對純鈦或鈦合金基體表面打磨、拋光后，經(jīng)丙酮、無水乙醇超聲清洗，干燥，備用；
[0008]2)配制Na2S13基電解溶液，備用；
[0009]3)將步驟I)處理的純鈦或鈦合金基體在步驟2配置的Na2S13基混合電解溶液中進(jìn)行微弧氧化處理，待基體表面出現(xiàn)微小明亮的電弧，并伴有電解液溫度上升時，將基體取出用去離子水沖洗干凈；
[0010]4)利用脈沖激光沉積技術(shù)于高真空狀態(tài)下在步驟3)處理過的基體上沉積一層CaO-MgO-P2O5-Si O2系生物活性玻璃即可。
[0011]進(jìn)一步，所述Na2S13基混合電解溶液組分為Na2S13-KOH-H2O2、Na2Si03-Na3P04-NaF。其配置過程如下:將10-15g/L的Na2Si03、2-6g/L KOH和4_8ml/L的H2O2溶液按體積比1:1:1混合而成，制備Na2S13-KOH-H2O2混合電解溶液;將 10-15g/L的Na2Si03、5-10g/LNa3P04和4_8g/L的NaF溶解按體積比1:1: I混合而成Na2S13-Na3PO4-NaF混合電解溶液。
[0012]進(jìn)一步，步驟3)微弧氧化處理過程采用300-500V，頻率600-1000HZ，保持l-30min。
[0013]進(jìn)一步，步驟4)所用的沉積靶體制備方法為分別以正硅酸乙酯、磷酸三乙酯、鈣鎂相應(yīng)硝酸鹽為硅源、磷源及鈣鎂源，利用溶膠凝膠法制備鎂摩爾含量在5-20mol%的(38-x)〇30^]\%0-4?205-583丨02(11101%4為組份中]\%0摩爾量)系生物玻璃凝膠，凝膠于60°(3恒溫水浴老化3天，120°C干燥箱內(nèi)烘干后，球磨、篩分得到38?74μπι的粉體，冷等靜壓壓塊后于700°C燒結(jié)2h即可。
[0014]進(jìn)一步，步驟4)中基體溫度20-500°C，真空壓力20_60Pa，沉積時間30min_2h。
[0015]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
[0016]1、本發(fā)明制備的三維多孔鈦基鎂摻雜生物活性涂層，與硬骨組織彈性模量接近，涂層結(jié)合強(qiáng)度高，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，具有多孔結(jié)構(gòu)和骨誘導(dǎo)元素，有利于新骨的生長與結(jié)合。
[0017]2、本發(fā)明在鈦或鈦合金基體表面原位生成多孔結(jié)構(gòu)，通過調(diào)整電解液組成、濃度和工藝條件，可實現(xiàn)孔徑尺寸的調(diào)節(jié)；
[0018]3、本發(fā)明在鈦基多孔結(jié)構(gòu)上脈沖沉積鎂摻雜生物活性玻璃涂層，改變沉積工藝及靶體成分，實現(xiàn)涂層微觀結(jié)構(gòu)、厚度及涂層中鎂元素含量可控；
[0019]4、本發(fā)明制備工藝簡單、快捷，操作簡便、可控，易于推廣應(yīng)用。
【附圖說明】
[0020]圖1為本發(fā)明提供的鈦基表面多孔形貌(a)及沉積涂層形貌(b)。
[0021]圖2為本發(fā)明提供的涂層截面形貌(a)及涂層結(jié)合強(qiáng)度測試曲線(b)。
[0022]圖3為本發(fā)明提供的涂層模擬體液浸泡后表面形貌圖及表面X射線衍射圖譜。
【具體實施方式】
[0023]下面將結(jié)合具體的附圖和實施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述，但具體實施例不作為對本發(fā)明專利的限定。
[0024]實施例1
[0025]I)對純鈦或鈦合金基體表面打磨、拋光后，經(jīng)丙酮、無水乙醇超聲清洗，干燥，備用；
[0026]2)配制Na2S13-KOH-H2O2混合電解溶液，將 12g/L的Na2S13、4g/L KOH和6ml/L的H2O2按體積比1:1:1混合而成，備用；
[0027]3)將步驟I)處理的純鈦或鈦合金基體在步驟2配置的Na2S13-KOH-H2O2混合電解溶液中進(jìn)行微弧氧化處理，待基體表面出現(xiàn)微小明亮的電弧，并伴有電解液溫度上升時，將基體取出用去離子水沖洗干凈得到如圖1中(a)所示的多孔形貌。
[0028]4)制備沉積靶體制:分別以正硅酸乙酯、磷酸三乙酯、鈣鎂相應(yīng)硝酸鹽為硅源、磷源及鈣鎂源，利用溶膠凝膠法制備鎂摩爾含量為10mol%的28Ca0-10Mg0-4P205-58Si02(mol%)系生物玻璃凝膠，凝膠于60°C恒溫水浴