一種在體內環(huán)境中具有磨損自修復功能的陶瓷生物材料制備方法
【技術領域】：
[0001] 本發(fā)明屬于生物醫(yī)學工程及生物醫(yī)用材料領域，尤其是在體內環(huán)境中具有磨損自 修復功能的陶瓷生物材料制備方法。
【背景技術】：
[0002] 人工關節(jié)置換術是目前治療骨關節(jié)炎等疾病最有效的手段，人工關節(jié)在體內服役 時間長（10年W上，甚至可能達30年W上），服役過程中頭-白結構相對摩擦運動可達數(shù)千萬 次，摩擦導致的磨損不僅僅會使頭-白結構尺寸發(fā)生改變，最主要的危害是磨損過程中產(chǎn)生 各種磨屑會導致炎癥反應及假體失效【1.Matevz Topolovec, Andrej CJngrid MiIos.Metal-on-metal vs.metal-on-polyethyIene total hip arthroplasty tribological evaluation of retrieved components and periprosthetic tissue. journal of the mechanical behavior of biomedical materials 34(2014) 243-252.】。陶瓷材料具有高硬度、良好的耐磨損特性W及生物相容性。為了減少磨屑的產(chǎn) 生，研究者開發(fā)出了陶瓷-陶瓷(COC)類型摩擦配副的人工關節(jié)，已經(jīng)被成功應用于臨床。但 是，由于陶瓷材料初性低，目前臨床應用的陶瓷-陶瓷(COC)類型摩擦配副的人工關節(jié)，存在 著脆性斷裂和摩擦噪聲大等缺點，運使得陶瓷關節(jié)在服役過程中存在較大的隱患（斷裂失 效），會給患者的生活質量造成較大影響。
[0003] 研究者采用各種方法提高陶瓷材料的初性，其中在陶瓷中滲雜金屬元素對陶瓷初 性的提高有顯著的促進作用:Ni、Mo、V、W、Fe等金屬元素滲雜到氧化侶陶瓷內部后，氧化侶 復合陶瓷的初性明顯增強【2.何柏林，熊光耀，繆燕平.金屬間化合物/Ah化陶瓷基復合材料 的研究進展.粉末冶金工業(yè).Vo 1.18NO. 3化ne 2008:31-35;3.張玉軍，尹衍升，王德云，等 .^AVAh化陶瓷基復合材料--一種新型刀具材料.機械工程材料，2000，24(2): 30-31.】。 雖然通過在Ah〇3陶瓷中滲雜金屬元素能增加 Ah〇3陶瓷的斷裂初性，但是其摩擦系數(shù)依然 較大，摩擦噪聲并沒有減小，應用于人工關節(jié)或者人工椎間盤的制造，臨床植入后，服役過 程中，運些人工器官會產(chǎn)生異響，使患者不適，影響患者的生活質量。
[0004] 研究發(fā)現(xiàn)，摩擦界面在人體內服役時，磨損釋放出的金屬(Co、Cr、Mo等)能夠有效 地催化人體生理環(huán)境中的蛋白質（球蛋白、白蛋白、糖蛋白等）降解，形成含碳的"蛋白生物 膜'【4.Martin EJ,Pourzal R,Mathew MT,Shull KR.Dominant role of molybdenum in the electrochemical deposition of biological macromolecules on metallic surfaces.Langmuir:the ACS journal of surfaces and colloids.2013;29:4813-22.】， 并且該蛋白生物膜在摩擦力的剪切作用下能轉化為石墨潤滑層，進而對摩擦界面起到良好 的潤滑作用，同時運層石墨層能夠對摩擦界面起到良好的保護作用，降低材料的腐蝕，減少 摩擦產(chǎn)生的噪聲。【5.Wimmer MA,Laurent MP,Mathew MT,化gelli C,Liao Y,Marks LD,et al.The effect of contact load on CoCrMo wear and the formation and retention of tribofiIms. Wear.2015;332-333:643-9.】。
[0005] 本發(fā)明基于金屬離子可W促進摩擦界面生物分子的吸附、變性及分解，在摩擦界 面形成一層蛋白生物膜，隨著摩擦的不斷進行，進一步運層蛋白生物膜可W轉變成石墨層， 提出制備滲雜金屬的陶瓷材料。滲雜金屬的陶瓷材料在人體內服役(摩擦磨損)過程中，釋 放出的金屬離子可W促進摩擦界面生物分子的吸附、變性及分解，在摩擦界面形成一層蛋 白生物膜，隨著摩擦的不斷進行，進一步運層蛋白生物膜可W轉變成石墨層，蛋白生物膜、 石墨層可W有效地降低陶瓷生物材料摩擦系數(shù)、阻止陶瓷生物材料的磨損，同時形成的蛋 白生物膜、石墨層覆蓋在陶瓷生物材料的表面，實現(xiàn)對陶瓷生物材料的磨損修復，使陶瓷生 物材料具有磨損自修復功能。滲雜金屬的陶瓷生物材料應用于制造人工關節(jié)、人工椎間盤 等人工醫(yī)療器械，可W有效地降低人工器官的磨損及摩擦噪聲，顯著提高人工器官的使用 壽命，提高患者生活質量。

【發(fā)明內容】

[0006] 本發(fā)明的目的是，提供一種在體內環(huán)境中具有磨損自修復功能、滲雜金屬的陶瓷 生物材料制備方法。
[0007] 本發(fā)明采用W下技術方案：
[000引一種在體內環(huán)境中具有磨損自修復功能、滲雜金屬的陶瓷生物材料制備方法，使 滲雜金屬元素的陶瓷生物材料在人體內具有磨損自修復功能，包含如下主要制備步驟：
[0009] A、原料準備:金屬粉、氧化錯粉(或者氧化侶粉)作為原料，其配比按照質量百分比 記為:氧化錯粉(或者氧化侶粉)90%~99%、金屬粉1%~10%。將粉體原料在行星式球磨 機中混合均勻。
[0010] B、將干燥的粉末裝入石墨模具中，在氣氣保護下進行熱壓燒結，反應熱壓燒結溫 度為1100°c-180(rc，熱壓燒結時間為0.5-3小時，熱壓燒結的壓力為20-40MPa，制得在體內 具有磨損自修復功能、滲雜金屬的陶瓷生物材料，其中金屬滲雜質量比例在1%~10%之 間，陶瓷致密度達到90 % W上。
[0011] 進一步的，所述的金屬粉純度為99.9%，粒徑分布在SOnm-IO皿之間。金屬粉為W 下種類任意一種或者多種:銅、銀、鉆、銘、鋼、粗、儀等。
[0012] 進一步的，所述的氧化錯（或者氧化侶）陶瓷粉末純度為99.9%，粒徑分布在 lOOnm-40皿之間，也可用同樣級別的碳化娃、氮化娃等粉末代替。
[0013] 進一步的，步驟B中向燒結室通入的氣體，可W是氣氣、氮氣等不與材料反應的氣 體。
[0014] 采用本發(fā)明方法制備具有體內磨損自修復功能、滲雜金屬的陶瓷生物材料，陶瓷 生物材料在體內摩擦磨損服役過程中，釋放出金屬離子，金屬離子催化體內環(huán)境中生物分 子變性、吸附到摩擦界面形成蛋白生物膜，蛋白生物膜在摩擦界面剪切力作用下發(fā)生降解， 成為碳薄膜(石墨層)覆蓋在發(fā)生磨損的陶瓷生物材料表面，實現(xiàn)對陶瓷生物材料的修復。 隨著磨損的進行，蛋白生物膜降解形成的碳薄膜(石墨層)磨損完成，裸露出新鮮的陶瓷生 物材料，再次利用陶瓷生物材料磨損釋放出金屬離子促進陶瓷生物材料表面蛋白吸附、變 性、分解，形成蛋白生物膜及碳薄膜(石墨層），覆蓋在發(fā)生磨損的陶瓷生物材料表面。在不 斷的摩擦過程中，通過金屬離子釋放、催化生物分子的降解，不斷形成蛋白生物膜及碳薄膜 (石墨層)對陶瓷生物材料進行修復，使陶瓷生物材料在體內