CN101535003A

CN101535003A - 掺杂表面的方法

Info

Publication number: CN101535003A
Application number: CNA2007800416778A
Authority: CN
Inventors: 约翰·热拉尔·多诺休; 当查·哈弗提
Original assignee: EnBIO Ltd
Current assignee: EnBIO Ltd
Priority date: 2006-09-11
Filing date: 2007-09-11
Publication date: 2009-09-16
Anticipated expiration: 2027-09-11
Also published as: CN101535003B; ATE509732T1; BRPI0716805A2; BRPI0716805B1; ES2366261T3; ZA200901557B

Abstract

本发明公开了处理物品表面的方法。所述方法包括从金属基板上去除金属氧化物表面以使金属表面暴露；和从至少一个流体喷射器传输包含掺杂物的颗粒到所述金属表面从而用所述掺杂物浸渍该物品的表面。所述方法还包括从至少一个流体喷射器基本上同时传输包含掺杂物的第一组颗粒和包含磨料的第二组颗粒到物品的表面从而用所述掺杂物浸渍该物品的表面。

Description

掺杂表面的方法

相关申请

本申请基于35 U.S.C.§119(e)要求于2007年4月6日提交的美国临时申请第60/910,464号的优先权，此处通过引用并入其公开内容。

技术领域

本发明涉及用掺杂物轰击诸如医疗器械等物品的表面的方法。

背景技术

使用所谓磨料轰击金属表面近年来的技术应用与日俱增。诸如喷粒(gritblasting)、抛丸(shot blasting)、喷砂(sand blasting)、喷丸处理(shot peening)和微磨(micro abrasion)等技术都属于该表面处理技术的范畴。在各种此类技术中，通常将磨料如丸或粗粒与流体混合然后高速传输以冲击待处理表面。用于传输所述磨料的技术根据用于将所述磨料传输到所述表面的流体介质(通常分别为水和空气)的选择可以分为湿式或干式。专业术语“磨料轰击”在本说明书中用于指代所有此类技术。

这些技术的应用包括金属切割、用以诱导需要的应变特性的金属表面冷加工以及用以诱导需要的纹理(表面粗糙度)从而提高后续涂覆材料的粘附性的表面预处理。(参见Solomon等，Welding research，2003.October：p.278-287；Momber等，Tribology International，2002.35：p.271-281；Arola等，J.Biomed.Mat.Res.，2000.53(5)：p.536-546；和Arola&Hall，Machining science andtechnology，2004.8(2)：p.171-192)。可以在生物医学领域找到后者的实例，其中，用氧化铝或二氧化硅对钛植入物进行喷粒以达到可使所述植入物表面的等离子喷雾羟基磷灰石(HA)涂层的粘附性最大化的最佳水平的表面粗糙度。HA涂覆的植入物因其磷灰石层的仿生性质而非常理想，但其钛表面与其磷灰石层之间的最佳结合强度也很必要。

一段时间来已知在这些表面的轰击过程中一些磨料自身变为浸入所述金属表面中，这作为一般性改性表面化学的可能候选物而在这些技术中产生了一些影响(参见Arola等和Arola & Hall，supra)。再次参照生物医学领域，一项研究着眼于将抛丸作为直接将羟基磷灰石层置于钛表面上的手段以回避昂贵的等离子喷雾工艺。Ishikawa，K.等，Blast coating method：new method ofcoating titanium surface with Hydroxyapatite at room temperature.J.Biomed.Mat.Res.，1997.38：p.129-134.在该研究中，使用非特定粒径分布的HA作为磨料。然而，由于所沉积的磷灰石涂层可以在良性冲洗状态下被除去，似乎所述涂层并没有形成与所述金属表面的有力结合。

Choi等(KR20030078480)提及使用单一磷酸钙颗粒作为喷粒介质用于将该粗粒嵌入牙植入物表面，但公开的颗粒大于190μm。

美国专利第6,502,442([6])号提及使用烧结HA作为磨料且使用水作为流体介质。在该实例中在热处理HA时造成了HA的部分浸渍。

Muller等(US2004158330)公开了包含在玻璃态基质中含有的磷酸钙的喷射颗粒。其它公开(例如，美国专利第4,752,457和6,210,715号)说明了制造通常包含聚合物组分的磷酸钙微球的方法和制造该微球的复合法，但并未阐明所述微球作为喷射介质的有效性。

用于金属表面或其它表面的硅处理的Rocatec^TM系统也使用含多种组分的个别颗粒。该技术在牙科领域广泛使用。在该实例中，在预粗糙化表面具有二氧化硅外部粘附层的氧化铝颗粒被推动并在冲击下在该冲击的附近产生的局部热量导致碎裂的二氧化硅外层开始融合到所述表面，该工艺被称作陶瓷化。

Bru-Magniez等(美国专利第6,431,958号)公开了含多重分层薄层的硬磨料用于喷射磨料轰击技术以使表面改性。在该实例中，所述工艺的目的是将所述磨料颗粒周围的分层薄层嵌入或者附着到待处理的表面。所述外层包含至少一种聚合物同时其内核陶瓷材料选自氧化物、碳化物、氮化物或碳氮化物。

有人提出使用多重分层聚合物层。Lange等(美国专利第6,468,658号)公开了用作喷射目的的由内核基材和二氧化钛外部粘附层组成的颗粒。

可以在生物医学领域找到用于表面改性目的的磨料轰击的更多应用，诸如例如使用微磨清洁来自激光加工的冠状动脉支架的支柱的氧化物渣以及用二氧化硅浸渍起搏器表面和除颤器表面以增加后续聚合物涂层对所述器械的粘附性。

这些实例的共同特性是在流体流中使用单一类型的固体颗粒。

药物洗脱支架(DES)的成功推动了近来在涉及生物医学器械的表面改性技术中的广泛兴趣。自从20世纪90年代血管内技术的引入以来，血运重建策略在近几年来发生了重大改变。然而，支架内再狭窄(ISR)仍然是问题，其中排列于支架位点处的血管的破裂会导致血小板活化、炎症介质的分泌和最终平滑肌细胞(SMC)的形成，一个类似于创面位点疤痕形成的过程。而且由于所述支架还与血液接触，它不应在组织或血细胞中引起异物反应(FBR)，亦即，它应该是生物相容的。DES使用表面改性技术来对抗这些问题，其中所述支架表面用于将通常处于聚合物基质中的活性剂(抗再狭窄剂和抗血栓剂)局部传输到最需要所述活性剂的器械位点。该技术由Cordis开创，他们的Cypher支架在2003年收到FDA认证。从那时起许多其它DES开始出现在市场上，这些DES都旨在降低接受了经皮冠状动脉介入术(PCI)的患者的ISR和血栓。这些活性器械都使用聚合物基质在所述支架表面携带药物并控制其体内洗脱特性。

然而由于许多因素出现了关于所述DES的问题，其中，包括实现对药物的洗脱特性的正确控制。所述聚合物基质(该基质随时间降解以释放药物和聚合物降解产物)被认为是过敏患者中的可能罪魁祸首。因此，人们仍继续致力于开发控制药物传输和洗脱的新方法。

支架领域的大部分现有技术都针对在所述支架表面获得被动涂层以介导ISR。这些技术包括诸如氮化和碳氮化等工艺、使用碳和碳化硅涂层的工艺，以及加厚或增加所述支架材料表面原有氧化物涂层的工艺(包括氧化、离子注入和电化学处理诸如电解抛光或用惰性材料电镀)。然而所有这些工艺都具有许多缺点而没有一种这类处理技术提供了理想表面以达到最佳临床效果。

另一相关领域是可植入器械表面生物膜形成的领域，其中在植入物表面的表面的细菌自己排列成具有三维宏观结构的膜。在该情形中，所述膜本身可以成为诸如例如抗生素的系统使用等标准抗菌治疗的障碍。据报道称杀死细菌生物膜感染所需抗生素的系统剂量可为杀死其在悬浮液中的相应浮游物所需系统剂量的1000倍，这往往在患者中引起不必要的和严重的副作用。植入器械表面的局部药物传输被称作一种将抗菌剂靶向最需要所述抗菌剂的植入物表面的方法，该方法防止了生物膜的形成并且附加有使用远低于系统治疗的剂量率的优点。

目前大多数局部药物传输的杀菌策略使用聚合物涂层或嵌于其它适宜载体基质中的聚合物微球作为抗菌剂载体。另外含羟基磷灰石的磷酸钙盐被提议作为抗生素的适宜载体。仿生沉积已用于将纳米结晶磷灰石层沉积到骨科金属植入物表面，所述表面可以接着在另一单独步骤中加载从溶液沉积到所述无机涂层上的药物(US20040131754)。这些策略可以在例如骨科植入物领域具有双重优点，在该领域中磷酸钙盐在所述表面提供了骨引导效益诱导体内的骨向内生长同时所述抗生素降低了生物膜形成的风险，两个因素均对翻修术的需求有极大贡献。然而该方法受到所述植入物表面的可用表面积的限制，该表面积决定了可以加载的抗生素量。另外该方法为多步，通常所述陶瓷层的附着涉及高温(例如在等离子喷雾磷酸钙涂层的情况中)或者所述药物的附着需要对pH值和其它工艺参数的精确控制以排除所述无机盐和所述抗菌剂的同时附着。在通过这类方法附着到金属表面的抗生素中有庆大霉素(gentamycin)、妥布霉素(tobramycin)、万古霉素(vancomycin)、氨苄青霉素(ampicillin)和其它抗生素。

只要存在于植入物表面即可为患者提供益处的治疗剂的范围不限于抗生素或免疫抑制剂。几项研究集中于将其它治疗剂置于可植入器械表面以诱导需要的体内反应。例如，一些研究集中于将参与这些级联的功能性分子置于所述植入物表面。这些分子包括例如蛋白质，所述蛋白质包括激素、生长因子、结构蛋白、免疫原和抗原。作为配套研究，很多工作集中于设计与参与生物途径的蛋白的活化位点具有结构相似性的多肽和蛋白。例如RGD多肽在骨科应用中的使用，或杀菌肽被提议作为在例如细菌对传统抗生素具有高耐药性的情况下对抗细菌感染的策略。

随着医学植入物日益适应患者的需求，它们也可以被看作用于其它患者特异性疾病的治疗的治疗剂的传输手段，所述疾病例如糖尿病、癌症和其它不与所述植入物的主要功能直接相关的疾病。体内器械为自己赋予多种功能，其中所述器械表面成为传输治疗患者可能患有的其它疾病可能需要的治疗剂的载体。

实现植入物表面的治疗剂传输能力的限制因素通常围绕工程和工艺层面。将这些治疗剂置于所述表面的方法需要与保持所述治疗剂自身的活性和结构完整性以及控制表面化学尤其是体内洗脱动力学相当。由于许多所需治疗剂实际上是生物活性的，温度和溶液参数诸如pH值等可能成为实现上述表面改性策略的效益的障碍。

植入物表面的表面改性不单限于治疗剂传输领域。在许多情况下，可能需要对可植入器械的表面改性来改变所述表面的物理性质，例如在用于冠状动脉介入术的钛类器械中，和在诸如肾结石等病理钙化的治疗中。然而，理想的是具有比目前的这些体外器械更高的射线不透性的器械。这会有助于它们的外部X射线或甚至磁共振成像以及免除侵入性操作或目前与最小侵入性操作同时使用的内窥镜的需要。实例包括用三元(tertiary)重元素诸如铂、钯或钨对镍钛合金进行掺杂以增加用于生物医学和其它应用的所得合金的射线不透性(美国专利第7,128,757、6,776,795和6,569,194号)。

发明内容

本发明涉及提供目的为用所需材料对诸如金属物品等物品的表面进行改性从而在所述表面诱导至少一种所需的化学、物理和/或生物特性的改进处理工艺。

一个实施方式提供了处理金属基板的方法，包括：

从所述金属基板的表面去除金属氧化物以使金属表面暴露；和

从至少一个流体喷射器传输包含掺杂物的颗粒到所述金属表面从而用所述掺杂物浸渍所述基板的表面。

一个实施方式提供了处理物品表面的方法，所述方法包括：

从至少一个流体喷射器基本上同时传输包含掺杂物的第一组颗粒和包含磨料的第二组颗粒到物品的表面从而用所述掺杂物浸渍所述物品的表面。

在其它实施方式中，所述掺杂物可以为聚合物、金属、陶瓷、治疗剂和上述物质的组合。所述物品可以为医疗机械，诸如可植入医疗器械。

附图说明

可以通过下列说明、所附权利要求和附图来理解本发明的各种实施方式，其中：

图1是本发明的处理方法的示意性表述；

图2A是仅用HA进行喷粒的纯钛表面的XPS谱；

图2B是用HA:氧化铝混合物进行喷粒的纯钛表面的XPS谱；

图3A和3B展示了仅用HA喷射的纯钛(细线)和用50:50的HA；氧化铝喷射的纯钛(粗线)的Ca 2p(图3A)和P 2p(图3B)芯态的对比XPS谱；

图4展示了用100％ HA(上)进行喷粒的样品和用50:50的HA:氧化铝混合物进行喷粒的样品(下)的Ti 2p芯态的XPS谱；

图5展示了纯钛表面上0.2×0.2mm方块区的XPS图，其中展示了(a)50:50喷粒的样品上Ca的浓度和分布；(b)50:50喷粒的样品上Ti的浓度和分布；(c)100％ HA喷粒的样品上Ca的浓度和分布；(d)100％ HA喷粒的样品上Ti的浓度和分布。

图6A和6B展示了在仅用HA喷射的纯钛(细线)和用50:50的HA:二氧化硅珠喷射的纯钛(粗线)的实例中的Ca 2p和P 2p芯态的对比XPS谱；

图7是用50:50的HA/二氧化硅珠混合物喷射的两种不同样品的XPS概况扫描的两个图，显示了其结果的可重复性；

图8展示了对庆大霉素/HA处理表面的(1)金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)、(2)大肠杆菌(Escherichia coli)、(3)铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa)的细菌测试，其中每个测试的左侧样品是负对照组，且“IZ”表示生长抑制区；

图9A、9B和9C是对用以将掺杂物和磨料传输到表面的3种不同喷嘴构造的示意图；

图10展示了接种金黄色葡萄球菌(S.aureus)并暴露在万古霉素(vancomycin)试样下(板1)和接种大肠杆菌(E.coli)并暴露在妥布霉素(tobramycin)下(板2和板3)的琼脂板上的抑制区(IZ)的3幅照片；

图11A展示了双份100μm氧化铝珠样品(a)和(b)的FTIR谱；

图11B展示了双份150μm氧化铝珠样品(a)和(b)的FTIR谱；

图12A是表面HA(氧化铝；50μm)的XRD图；

图12B是表面HA(氧化铝；100μm)的XRD图；

图13展示了相同HA对照组的XPS概况谱；

图14是不锈钢(ASTM F1586)表面上的HA附层的SEM(扫描电子显微镜)图像；

图15是不锈钢(ASTM F1586)表面上的HA的能量色散X射线(EDX)谱；

图16是纯钛(ASTM F67)表面上的HA附层的SEM图像；

图17是纯钛(ASTM F67)表面上的HA的EDX谱；

图18是纯钛表面上的HA附层厚度的AFM(原子力显微镜)分析，其中图18A是AFM图像而图18B是相应的AFM绘图；

图19是5级钛(Ti6AL-4V，ASTM F136)表面上的SiO₂纳米多孔微粒的SEM图像；

图20A和20B是铝表面上的纳米多孔HA附层的SEM图像，其放大倍数分别为×50(20A)和×650(20B)；和

图21是镍钛合金表面的纳米多孔HA附层的SEM图像。

具体实施方式

一个实施方式提供了用掺杂物浸渍诸如金属表面等表面的处理方法。在表面浸渍技术的传统方法之上，可以改善所述掺杂物和所述表面之间的结合强度以及所述表面内或表面上获得的掺杂物浓度。本发明涉及在生物医学植入物表面中诱导适当的化学、物理和生物性质的掺杂物。

通常所述掺杂物是混入被轰击表面内的材料，所述材料如果用作该轰击技术中的唯一固体组分不会广泛地浸渍所述表面。如果所述材料在高速流体喷射器内自身传输到所述表面，不会出现或仅出现最小表面浸渍。这类情况可能在许多原因下出现；所述材料可能不具备足够的粒径或足够的密度和硬度以击破所述金属表面并浸渍。这也可能是所述表面自身特性的结果。

在大多数金属材料中氧化物层会在其表面形成，所述氧化物层比体相金属或合金更坚硬。金属表面(尤其是钛和钛衍生合金表面)天然在空气中被各种污染物所污染。任何金属表面的具体物理和化学性质取决于它们形成时的条件。金属的固有反应性也会吸引各种在其表面氧化的环境化学物质/污染物。例如，钛是高活性金属，它会轻易被几种不同介质氧化。这导致钛总是被氧化层覆盖。该氧化层具化学稳定性但并非总是化学惰性的，因为所述氧化层可以继续和其环境中的各种反应物，例如有机分子反应。传统上，钛表面/氧化层被氧化层内的任何新材料改性是所述工艺的副产物。在某些情况下所述氧化层中的新材料可能对其影响的表面的最终功能性是有利的；然而，在某些情况下所述新材料可能构成不必要的侵入。(“Titanium in Medicine，”D.M.Brunette；P.Tengvall；M.Textor；P.Thompson，Springer，New York；ISBN3-540-66936-1.)

本发明涉及在所述表面有意添加所选材料。一个实施方式利用了金属的固有反应性，通过暂时去除金属基板上覆盖的氧化层和处理新暴露出的下层金属来添加新材料(掺杂物)。取决于被添加材料的特性，所述金属物品的表面性质可以根据其预期功能性要求来调节。

钛及其合金总是在表面形成氧化层。该氧化层通常是惰性和无反应性的，而钛自身具有高反应活性且在空气环境中暴露时会立刻形成氧化层。氧化层的形成往往是植入器械所需的性质。

生物医学器械领域内掺杂物的实例包括例如，羟基磷灰石、药物洗脱聚合物和其它药物传输系统，且待浸渍的物品包括金属，诸如，例如钛、钢、钴铬合金和上述物质的合金。

于是，本发明的一个实施方式提供了处理金属基板的方法，包括：

从至少一个流体喷射器传输包含掺杂物的颗粒到所述金属表面从而用所述掺杂物浸渍该基板的表面。

在一个实施方式中，所述金属表面在空气存在下具有足够反应活性以致能形成新氧化层，因此阻止了掺杂物添加到金属表面层。在一个实施方式中，本发明涉及在新形成的金属表面再氧化之前添加所述掺杂物。在一个实施方式中，所述去除金属氧化物的步骤在惰性气氛下进行。在另一实施方式中，所述去除与所述传输基本上同时进行以使金属表面在所述传输之前基本上不被氧化。

可以使用各种技术来去除所述金属氧化物层。在一个实施方式中，所述去除包括对所述金属氧化物表面进行磨耗喷射。所述磨耗喷射步骤自身可以通过许多方法来进行，例如在下面详细描述的喷粒、微喷射、水射流喷射和喷丸处理，以及任何其它本领域内已知的磨料轰击手段。在一个实施方式中，所述磨耗喷射步骤与所述传输包含掺杂物的颗粒的步骤基本上同时进行，例如，两股颗粒流可以瞄准所述金属氧化物表面，在那里一股颗粒流对所述金属氧化物表面进行磨耗喷射以暴露新的金属表面而另一股颗粒流用掺杂物轰击新的金属表面。

在另一实施方式中，所述去除选自钻削、切割、成型、铣削、微机械加工、刮擦、磨削、抛光和打磨中的至少一个步骤。在另一实施方式中，所述去除选自酸蚀刻、碱蚀刻和过氧化氢处理中的至少一个步骤。在另一实施方式中，所述去除包括选自烧蚀、标记/蚀刻、焊接、切割和熔覆的激光处理。在另一实施方式中，所述去除包括选自蚀刻和清洁的等离子处理。

如上所述，在本文中描述的某些实施方式中，所述氧化物去除工艺可在惰性环境中进行以使新的金属表面暴露足够时间来执行所述处理工艺，例如在将表面再暴露在富氧环境下之前在表面添加新材料。此时，氧化层可以再生，但被所捕获的添加掺杂物影响/改性。

在一个实施方式中，用于在轰击表面之前或基本上同时去除氧化层的设备可与所述流体喷射器合并成为独立单元或可合并到生产线中。所述设备可以用于下述使用设定的情况中，通过该设定可以构建基于无菌外科学的机器，所述机器可由外科医生在手术室中用于在将器械植入病人体内之前的定制/处方的表面改性。可以使用一次性掺杂物载体/滤芯以避免治疗交叉感染并方便清洁。

如果掺杂物与带足够能量冲击的磨料(具有足够粒径、密度和硬度的材料)同时传输到表面以击破所述氧化层，可以创建机会的窗口，在该窗口中所述表面可以在氧化层在其周围重新形成前吸附所述掺杂物材料。所述掺杂物材料可以变为有力地结合在所述表面的氧化层内。因此，可以低成本地在常温下用将使所述表面具有所需性质的材料浸渍所述表面。另外，在磨料冲击位点耗散的能量可能足以使所述掺杂物变得陶瓷化或者结合到所述表面。于是，一个实施方式提供了处理物品表面的方法，所述方法包括从至少一个流体喷射器基本上同时传输包含掺杂物的第一组颗粒和包含磨料的第二组颗粒到物品的表面从而用所述掺杂物浸渍所述物品的表面。

本发明的一个实施方式涉及通过将所述掺杂物和所选磨料(丸或粗粒)材料在金属表面混合而使用传统磨料轰击技术以所选材料(此处在掺杂物之后)来浸渍所述表面。用足够力度冲击所述表面以击破氧化层或者使所述待处理表面变形的所述磨料创建了机会的窗口，在该窗口中所述掺杂物被所述表面吸附或者并入所述表面内或其上。

本发明的实施方式包含于但不限于图1中的本发明的示意性表述。图1(左)示意性显示了同时传输包含一组磨料颗粒4和一组掺杂物颗粒6的流3的流体喷射器(喷嘴)2。颗粒组4和6轰击基板8的表面10。在一个实施方式中，所述基板8是金属基板而所述表面10是氧化层。所述磨料颗粒4轰击的结果是，表面氧化层被破坏，而击破所述氧化层10导致基板8的新表面10a的暴露(中)。在金属基板的情况下，所述新暴露的表面是金属表面。随着所述颗粒流3继续冲击基板8，所述掺杂物颗粒6(右)被整合到基板8的表面10内。当所述基板为金属基板时，在所述掺杂物颗粒6的周围再形成新的氧化层10。

在某些实施方式中，所述掺杂物材料包括但不限于植入物表面所需的目的为调整和改善身体组织与植入物相互作用的材料。所述掺杂物可包含的材料诸如聚合物、金属、陶瓷(例如，金属氧化物、金属氮化物)和上述的组合，例如2种以上上述材料的共混物。

示例性掺杂物包括：改性磷酸钙类，包括Ca₅(PO₄)₃OH、CaHPO₄·2H₂O、CaHPO₄、Ca₈H₂(PO₄)₆·5H₂O、α-Ca₃(PO₄)₂、β-Ca₃(PO₄)₂，或任何含碳酸根、氯、氟、硅酸根或铝酸根阴离子、氢、钾、钠、镁、钡或锶阳离子的改性磷酸钙。

其它示例性掺杂物包括氧化钛(TiO₂)、氧化锆、羟基磷灰石、二氧化硅、碳和壳聚糖/甲壳素。

在一个实施方式中，所述掺杂物是试剂携带介质和至少一种治疗剂(包括生物分子和生物制品)的组合。美国专利第6,702,850号公开了包括抗生素、免疫抑制剂、抗原肽、杀菌肽、结构蛋白和功能蛋白的可能的治疗剂载体。磷酸钙涂层也可作为药物载体使用(参见美国专利第6,426,114、6,730,324号和美国临时申请第60/410,307号，本文通过引用并入其公开内容)。可以充当试剂携带介质的掺杂物包括能携带治疗剂、生物分子和生物制品的包括羟基磷灰石、二氧化硅、碳和氧化钛(TiO₂)在内的各种材料的纳米多孔、中孔、纳米管、微粒。微粒和粉末(例如氧化钛粉末)可以与所述治疗剂、生物分子和生物制品或粘附结合或共价连接(栓联)。

介质和载体的复合物(例如，烧结在一起)，和载体的组合可以输送药物和生物制品并控制洗脱图谱。

其它示例性掺杂物包括钛酸钡、沸石(铝硅酸盐)，所述沸石包括含硅沸石和含有选自磷、二氧化硅、氧化铝、氧化锆、碳酸钙、生物相容性玻璃、磷酸钙玻璃中的至少一种组分的沸石。所述掺杂物也可以为生长因子，所述生长因子包括表皮生长因子、α-转化生长因子、β-转化生长因子、痘苗生长因子、成纤维细胞生长因子、类胰岛素生长因子、血小板源生长因子、软骨源生长因子、白细胞介素2、神经细胞生长因子、造血细胞生长因子、淋巴细胞生长因子、骨形成蛋白、成骨因子或软骨形成因子。

在一个实施方式中，所述掺杂物是沉积于钛表面的羟基磷灰石。HA和TiO₂两者都组成优良的生物相容性生物界面，两者都是生物稳定的且在体内是安全的。两者都能被称作生物反应活性的，因为它们能在某些组织特别是骨组织中引起特异性反应。用微喷射技术传输的HA在钛上沉积所得到的表面将两种材料的益处合并。所述TiO₂并未被所述掺杂物(HA)完全覆盖因此仍呈现给生物组织，而固定在所述表面上和表面内的HA没有被所述沉积工艺变性因此将其全部益处带给其周围组织。以这种方式，两种生物材料的不同益处可以承载于所述生物界面中，且当进一步结合了对植入物的预期功能性以及药物传输机制的有效性最适宜的表面纹理/形态时，所述两种生物材料的不同益处可以提供用于调整患者终端用户可用的治疗、组成和形态情况的各种方法。

在一个实施方式中，所述掺杂物为治疗剂。所述治疗剂可以以颗粒自身传输，或固定在载体材料上传输。示例性载体材料包括本文中所列其它任何掺杂物(非治疗剂的掺杂物)，诸如聚合物、磷酸钙、二氧化钛、二氧化硅、生物聚合物、生物相容性玻璃、沸石、脱矿骨、脱蛋白骨、移植骨和上述材料的复合型组合。

治疗剂的示例性类别包括抗癌药、抗炎药、免疫抑制剂、抗生素、肝素、功能蛋白、调节蛋白、结构蛋白、寡肽、抗原肽、核酸、免疫原和上述物质的组合。

在一个实施方式中，所述治疗剂选自抗血栓剂、抗凝剂、抗血小板剂、溶血栓剂、抗增殖剂、抗炎剂、抗有丝分裂剂、抗菌剂、再狭窄抑制剂、平滑肌细胞抑制剂、抗生素、纤维蛋白溶解剂、免疫抑制剂和抗抗原剂。

示例性抗癌药包括异噁唑醋酸(acivicin)、阿克拉霉素(aclarubicin)、阿考达唑(acodazole)、出油柑碱(acronycine)、阿多来新(adozelesin)、阿拉诺新(alanosine)、阿地白介素(aldesleukin)、别嘌醇钠(allopurinol sodium)、六甲蜜胺(altretamine)、氨鲁米特(aminoglutethimide)、氨萘非特(amonafide)、聚肌胞(ampligen)、安吖啶(amsacrine)、雄激素、蛇形菌毒素(anguidine)、阿菲迪霉素甘氨酸酯(aphidicolin glycinate)、亮氨酸溶肉瘤素(asaley)、天冬酰胺酶、5-阿扎胞苷(5-azacitidine)、硫唑嘌呤(azathioprine)、卡介苗(BCG)、可溶性三嗪苯酰胺(Baker’s Antifol(soluble))、β-2’-脱氧硫鸟嘌呤核苷酸(beta-2’-deoxythioguanosine)、盐酸比生群(bisantrene HCl)、硫酸博莱霉素(bleomycin sulfate)、白消安(busulfan)、丁硫氨酸亚砜亚胺(buthioninesulfoximine)、BWA 773U82、BW 502U83盐酸盐、BW 7U85甲磺酸酯、赛瑞酰胺(ceracemide)、卡贝替姆(carbetimer)、卡铂(carboplatin)、卡莫司汀(carmustine)、苯丁酸氨芥(chlorambucil)、氯喹喔啉磺胺(chloroquinoxaline-sulfonamide)、氯脲霉素(chlorozotocin)、色霉素A3(chromomycin A3)、顺铂(cisplatin)、克拉屈滨(cladribine)、皮质类固醇(corticosteroid)、短小棒状杆菌(Corynebacterium parvum)、CPT-11、克立那托(crisnatol)、环胞苷、环磷酰胺、阿糖胞苷(cytarabine)、色他巴(cytembena)、道比什马来酸酯(dabis maleate)、达卡巴嗪(dacarbazine)、更生霉素(dactinomycin)、盐酸柔红霉素(daunorubicin HCl)、二氨基二苯基甲烷(deazauridine)、右旋丙亚胺、二去水半乳糖醇、地吖醌(diaziquone)、二溴卫矛醇(dibromodulcitol)、膜海鞘素B(didemnin B)、二乙基二硫代氨基甲酸盐、二羟乙醛、二氢-5-重氮胞嘧啶核苷、阿霉素(doxorubicin)、刺霉素(echinomycin)、依达曲沙(edatrexate)、依地福新(edelfosine)、依氟鸟氨酸(eflornithine)、Elliott溶液(Elliott’s solution)、依沙芦星(elsamitrucin)、表阿霉素(epirubicin)、泛艾霉素(esorubicin)、磷酸雌二醇氮芥(estramustine phosphate)、雌激素、依他硝唑(etanidazole)、依硫磷酸(ethiofos)、依托泊苷(etoposide)、法曲唑(fadrazole)、法扎拉滨(fazarabine)、芬维A胺(fenretinide)、非格司亭(filgrastim)、非那雄胺(finasteride)、黄酮乙酸(flavone acetic acid)、氟尿苷(floxuridine)、磷酸氟达拉滨(fludarabine phosphate)、5-氟尿嘧啶(5-fluorouracil)、氟洛索RTM(Fluosol.RTM.)、氟他胺(flutamide)、硝酸镓、吉西他滨(gemcitabine)、醋酸戈舍瑞林(goserelin acetate)、1，7-庚二醇二氨基磺酸酯(hepsulfam)、六亚甲基二乙酰胺(hexamethylene bisacetamide)、高三尖酯碱(homoharringtonine)、硫酸肼(hydrazine sulfate)、4-羟基雄烯二酮(4-hydroxyandrostenedione)、羟基脲(hydrozyurea)、盐酸依达比星(idarubicinHCl)、异环磷酰胺(ifosfamide)、α-干扰素(interferon alfa)、β-干扰素(interferonbeta)、γ-干扰素(interferon gamma)、白细胞介素1α和白细胞介素1β(interleukin-1 alpha and beta)、白细胞介素-3(interleukin-3)、白细胞介素-4(interleukin-4)、白细胞介素-6(interleukin-6)、4-甘薯黑疤霉二醇(4-ipomeanol)、异丙铂(iproplatin)、异维甲酸(isotretinoin)、亚叶酸钙(leucovorin calcium)、醋酸亮丙瑞林(leuprolide acetate)、左旋咪唑(levamisole)、脂质体柔红霉素(liposomal daunorubicin)、脂质体封装阿霉素(liposome encapsulateddoxorubicin)、洛莫司汀(lomustine)、氯尼达明(lonidamine)、美登素(maytansine)、盐酸氮芥(mechlorethamine hydrochloride)、美法仑(melphalan)、美诺立尔(menogaril)、硫巴妥苯胺(merbarone)、6-巯基嘌呤(6-mercaptopurine)、巯乙磺酸钠(mesna)、卡介苗甲醇提取残留物、甲氨喋呤(methotrexate)、N-甲基甲酰胺(N-methylformamide)、米非司酮(mifepristone)、丙脒腙(mitoguazone)、丝裂霉素C(mitomycin-C)、米托坦(mitotane)、米托蒽醌盐酸盐(mitoxantronehydrochloride)、单核细胞/巨噬细胞集落刺激因子(monocyte/macrophagecolony-stimulating factor)、那密浓(nabilone)、萘氧啶(nafoxidine)、新制癌菌素(neocarzinostatin)、醋酸奥曲肽(octreotide acetate)、奥马铂(ormaplatin)、奥沙利铂(oxaliplatin)、紫杉醇(paclitaxel)、磷乙天冬氨酸(pala)、喷司他丁(pentostatin)、哌嗪二酮、哌泊溴烷(pipobroman)、吡柔比星(pirarubicin)、吡曲克辛(piritrexim)、盐酸吡罗蒽醌(piroxantrone hydrochloride)、PIXY-321、普卡霉素(plicamycin)、卟非姆钠(porfimer sodium)、泼尼氮芥(prednimustine)、甲基苄肼(procarbazine)、孕激素、吡唑呋喃菌素(pyrazofurin)、雷佐生(razoxane)、沙格司亭(sargramostim)、司莫司汀(semustine)、螺锗(spirogermanium)、螺莫司汀(spiromustine)、链黑菌素(streptonigrin)、链脲菌素(streptozocin)、磺氯苯脲(sulofenur)、苏拉明钠(suramin sodium)、三苯氧胺(tamoxifen)、泰索帝(taxotere)、替加氟(tegafur)、替尼泊甙(teniposide)、对苯二甲酸脒(terephthalamidine)、环氧三嗪酮(teroxirone)、硫鸟嘌呤(thioguanine)、塞替派(thiotepa)、胸苷注射剂(thymidine injection)、噻唑羧胺核苷(tiazofurin)、拓扑替康(topotecan)、托瑞米芬(toremifene)、维A酸(tretinoin)、盐酸三氟拉嗪(trifluoperazine hydrochloride)、三氟尿苷(trifluridine)、三甲曲沙(trimetrexate)、肿瘤坏死因子、尿嘧啶氮芥(uracil mustard)、硫酸长春碱(vinblastine sulfate)、硫酸长春新碱(vincristinesulfate)、长春地辛(vindesine)、长春瑞滨(vinorelbine)、长春利定(vinzolidine)、Yoshi 864、佐柔比星(zorubicin)以及上述物质的混合物。

示例性治疗剂包括免疫原诸如病毒抗原、细菌抗原、真菌抗原、寄生虫抗原、肿瘤抗原、肿瘤抗原的多肽片段、转移性特异抗原、被动疫苗或主动疫苗、合成疫苗或亚单位疫苗。

所述掺杂物可以为蛋白质，诸如酶、抗原、生长因子、激素、细胞因子或细胞表面蛋白。

所述掺杂物可以为药用化合物，诸如抗肿瘤剂、抗菌剂、抗寄生虫剂、抗真菌剂、止痛剂、抗炎剂、化学治疗剂、抗生素或上述物质的组合。

所述掺杂物还可以是作为药物传输系统一部分的生长因子、激素、免疫原、蛋白或药用化合物，诸如固定在沸石或聚合物基质、生物相容性玻璃或诸如珊瑚HA、脱矿骨、脱蛋白骨、移植骨、胶原或甲壳质等天然多孔磷灰石模板上的那些。

在一个实施方式中，所述掺杂物是抗炎药，所述抗炎药选自非类固醇抗炎药、COX-2抑制剂、糖皮质激素和上述物质的混合物。示例性非类固醇抗炎药包括阿司匹林、双氯芬酸(diclofenac)、吲哚美辛(indomethacin)、舒林酸(sulindac)、酮洛芬(ketoprofen)、氟比洛芬(flurbiprofen)、布洛芬(ibuprofen)、萘普生(naproxen)、吡罗昔康(piroxicam)、替诺昔康(tenoxicam)、托美汀(tolmetin)、酮咯酸(ketorolac)、奥沙普嗪(oxaprosin)、甲芬那酸(mefenamic acid)、非诺洛芬(fenoprofen)、萘普酮(nambumetone)、对乙酰氨基酚(acetaminophen)和上述物质的混合物。示例性COX-2抑制剂包括尼美舒利(nimesulide)、NS-398、氟舒胺(flosulid)、L-745337、塞来昔布(celecoxib)、罗非昔布(rofecoxib)、SC-57666、DuP-697、帕瑞昔布钠盐(parecoxib sodium)、JTE-522、戊地昔布(valdecoxib)、SC-58125、依托昔布(etoricoxib)、RS-57067、L-748780、L-761066、APHS、依托度酸(etodolac)、美洛昔康(meloxicam)、S-2474和上述物质的混合物。示例性糖皮质激素包括氢化可的松(hydrocortisone)、可的松(cortisone)、泼尼松(prednisone)、泼尼松龙(prednisolone)、甲基强的松龙(methylprednisolone)、甲泼尼松(meprednisone)、曲安西龙(triamcinolone)、帕拉米松(paramethasone)、氟泼尼龙(fluprednisolone)、倍他米松(betamethasone)、地塞米松(dexamethasone)、氟氢可的松(fludrocortisone)、脱氧皮质酮(desoxycorticosterone)和上述物质的混合物。

其它示例性治疗剂包括普通的细胞周期抑制剂、细胞凋亡诱导剂、抗增殖/抗有丝分裂剂，包括天然产物，诸如长春花属生物碱(例如，长春碱(vinblastine)、长春新碱(vincristine)和长春瑞滨(vinorelbine))、紫杉醇(paclitaxel)、水仙碱(colchicine)、表鬼臼毒素(epidipodophyllotoxin)(例如依托泊苷(etoposide)、替尼泊甙(teniposide))、酶(例如，L-天冬酰胺酶，该酶系统代谢L-天冬酰胺和剥夺没有能力自己合成天冬酰胺的细胞)；抗血小板剂，诸如G(GP)II_b/III_a抑制剂、GP-II_a抑制剂和玻连蛋白受体拮抗剂；抗增殖/抗有丝分裂烷基化剂，诸如氮芥(二氯甲基二乙胺、环磷酰胺及其类似物、美法仑(melphalan)、塞替派(thiotepa))、烷基磺酸盐——白消安(busulfan)、硝基脲(卡莫司汀(carmustine)(BCNU)及其类似物、链脲菌素(streptozocin))、三氮烯类——达卡巴嗪(dacarbazine)(DTIC)；抗增殖/抗有丝分裂抗代谢物，诸如叶酸类似物(甲氨喋呤(methotrexate))、嘧啶类似物(氟尿嘧啶(fluorouracil)、氟尿苷(floxuridine)和阿糖胞苷(cytarabine))、嘌呤类似物和相关抑制剂(巯基嘌呤(mercaptopurine)、硫鸟嘌呤(thioguanine)、喷司他丁(pentostatin)和2-氯脱氧腺苷(克拉屈滨(cladribine)))；铂配位络合物(顺铂、卡铂)、甲基苄肼(procarbazine)、羟基脲、米托坦(mitotane)、氨鲁米特(aminoglutethimide)；激素(例如，雌激素)；抗凝剂(肝素、合成肝素盐和凝血酶的其它抑制剂)；纤维蛋白溶解剂(诸如组织纤溶酶原活化剂、链激酶和尿激酶)、阿司匹林、双嘧达莫(dipyridamole)、噻氯匹定(ticlopidine)、氯吡格雷(clopidogrel)、阿昔单抗(abciximab)；抗转移剂；抗分泌剂(布雷菲德菌素(breveldin))；抗炎剂：诸如肾上腺皮质类固醇(皮质醇、可的松(cortisone)、氟可的松(fluorocortisone)、泼尼松(prednisone)、泼尼松龙(prednisolone)、6α-甲基强的松龙(6α-methylprednisolone)、曲安西龙(triamcinolone)、倍他米松(betamethasone)、地塞米松(dexamethasone))、非类固醇剂(水杨酸衍生物，例如阿司匹林；对氨基苯酚衍生物，例如对乙酰氨基苯酚(acetaminophen)；吲哚和茚乙酸(吲哚美辛(indomethacin)、舒林酸(sulindac)、依托度酸(etodalac))、杂芳基乙酸(托美汀(tolmetin)、双氯芬酸(diclofenac)和酮咯酸(ketorolac))、芳基丙酸(布洛芬(ibuprofen)和衍生物)、邻氨基苯甲酸(甲芬那酸(mefenamic acid)和甲氯芬那酸(meclofenamic acid))、烯醇酸(吡罗昔康(piroxicam)、替诺昔康(tenoxicam)、保泰松(phenylbutazone)和oxyphenthatrazone)、萘普酮(nambumetone)、金化合物(金诺芬(auranofin)、金硫葡萄糖(aurothioglucose)、硫代苹果酸金钠)；免疫抑制剂：(环孢菌素(cyclosporine)、他克莫司(tacrolimus)(FK-506)、西罗莫司(sirolimus)(雷帕霉素(rapamycin))、硫唑嘌呤(azathioprine)、霉酚酸酯(mycophenolate mofetil))；抗原剂：血管内皮生长因子(VEGF)、成纤维细胞生长因子(FGF)；血管紧张素受体阻滞剂；一氧化氮供体；反义寡肽及其组合；细胞周期抑0制剂、mTOR抑制剂和生长因子受体信号传导激酶抑制剂；类维生素A；细胞周期蛋白/CDK抑制剂；HMG辅酶还原酶抑制剂(他汀类(statin))；以及蛋白酶抑制剂(基质蛋白酶抑制剂)。

在一个实施方式中，所述掺杂物是抗生素，所述抗生素选自妥布霉素(tobramycin)、万古霉素(vancomycin)、庆大霉素(gentamycin)、氨苄青霉素(ampicillin)、青霉素(penicillin)、头孢菌素C(cephalosporin C)、头孢氨苄(cephalexin)、头孢克洛(cefaclor)、头孢孟多(cefamandole)和环丙沙星(ciprofloxacin)、更生霉素(dactinomycin)、放线菌素D(actinomycin D)、柔红霉素(daunorubicin)、阿霉素(doxorubicin)、依达比星(idarubicin)、青霉素(penicillins)、头孢菌素(cephalosporin)和喹诺酮(quinolone)、蒽环类(anthracycline)、米托蒽醌(mitoxantrone)、博莱霉素(bleomycin)、普卡霉素(plicamycin)(光神霉素(mithramycin))、丝裂霉素(mitomycin)以及上述物质的混合物。

在一个实施方式中，所述掺杂物是蛋白质，所述蛋白质选自白蛋白、酪蛋白、明胶、溶酶体(lysosime)、纤维连接蛋白、纤维蛋白、壳聚糖、聚赖氨酸(polysine)、聚丙氨酸、聚半胱氨酸、骨形成蛋白(BMP)、表皮生长因子(EGF)、成纤维细胞生长因子(bFGF)、神经生长因子(NGF)、骨源生长因子(BDGF)、β1-转化生长因子(TGF-.beta.1)、β-转化生长因子(TGF-.beta.)、精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸三肽(RGD)、维生素D3、地塞米松和人类生长激素(hGH)、表皮生长因子、α-转化生长因子、β-转化生长因子、痘苗生长因子、成纤维细胞生长因子、类胰岛素生长因子、血小板源生长因子、软骨源生长因子、白细胞介素2、神经细胞生长因子、造血细胞生长因子、淋巴细胞生长因子、骨形成蛋白、成骨因子、软骨形成因子或上述物质的混合物。

在一个实施方式中，所述掺杂物为肝素，所述肝素选自重组肝素、肝素衍生物和肝素类似物或上述物质的组合。

在一个实施方式中，所述掺杂物是寡肽，诸如杀菌寡肽。

在一个实施方式中，所述掺杂物是骨引导剂或骨整合剂。

在一个实施方式中，所述掺杂物是免疫抑制剂，诸如环孢菌素(cyclosporine)、雷帕霉素(rapamycin)和他克莫司(tacrolimus)(FK-506)、ZoMaxx、依维莫司(everolimus)、依托泊苷(etoposide)、米托蒽醌(mitoxantrone)、硫唑嘌呤(azathioprine)、舒莱(basiliximab)、达克珠单抗(daclizumab)、来氟米特(leflunomide)、淋巴细胞免疫球蛋白、甲氨喋呤(methotrexate)、莫罗莫那-CD3(muromonab-CD3)、霉酚(mycophenolate)和沙利度胺(thalidomide)。

在一个实施方式中，所述载体材料是聚合物，诸如聚氨酯类、聚对苯二甲酸乙二酯、PLLA-聚羟基乙酸(PGA)共聚物(PLGA)、聚己内酯、聚(羟基丁酸酯/羟基戊酸酯)共聚物、聚乙烯基吡咯烷酮、聚四氟乙烯、聚(甲基丙烯酸2-羟基乙酯)、聚(醚氨酯脲)、硅酮类、丙烯酸类、环氧化物类、聚酯类、氨基甲酸酯类、聚对二甲苯类(parlenes)、聚磷腈聚合物类、含氟聚合物类、聚酰胺类、聚烯烃类以及上述物质的共混物和共聚物。

在一个实施方式中，所述掺杂物是不透射线材料，诸如选自碱土金属、过渡金属、稀土金属和它们的氧化物、硫酸盐、磷酸盐、聚合物以及上述物质的组合中的材料。

在一个实施方式中，所述载体材料是生物聚合物，所述生物聚合物选自多糖、明胶、胶原蛋白、藻酸盐、透明质酸、藻酸、角叉菜胶、软骨素、果胶、壳聚糖以及上述物质的衍生物、共混物和共聚物。

在一个实施方式中，所述掺杂物在气体载流中传输，所述载流诸如氮气、氢气、氩气、氦气、空气、环氧乙烷和上述流体的组合。在另一实施方式中，所述掺杂物在液体载流中传输。在一个实施方式中，所述液体也是蚀刻液体(碱性或酸性)。在一个实施方式中，所述掺杂物在惰性环境中传输。

另一实施方式涉及以粘附为目的的金属表面化学处理。油漆和聚合物涂层在金属表面的良好粘附是技术重要性日益增加的领域。该技术可以用于通过用具有所需化学功能性的化合物浸渍表面来预处理表面。这其中包括但不限于聚合物或含硅氧烷基的二氧化硅材料。

所述预处理可以用于在所述表面上覆盖一层非常牢固结合的种聚合物材料。后续聚合物涂层可以再附着到该种层上而不是试图直接附着到所述金属表面。

所述掺杂物不限于一种化合物而是可以为任何所列材料的任何组合，或甚至为如果单独高速传输到所述表面则不具备浸渍所述表面所必需的机械性质的任何材料。

在一个实施方式中，所述掺杂物可以为任何材料，只要该掺杂物对所述表面是钝态的，即无反应活性的。所述掺杂物仅需在氧化层被磨料击破时处在所述表面以便在该掺杂物周围再形成氧化物。

在一个实施方式中，所述掺杂物是纳米晶体。

在一个实施方式中，所述掺杂物是纳米晶体羟基磷灰石。

在一个实施方式中，所述磨料具有选自大小、形状、硬度和密度的至少一种中的适当性质以击破所述氧化层。在一个实施方式中，所述磨料具有0.1～10的摩氏硬度，诸如1～10的摩氏硬度，或5～10的摩氏硬度。在另一实施方式中，所述磨料具有0.1μm～10000μm的粒径，诸如具有1μm～5000μm的粒径，或具有10μm～1000μm的范围内的粒径。

本发明中所用磨料材料包括但不限于由二氧化硅、氧化铝、氧化锆、钛酸钡、钛酸钙、钛酸钠、氧化钛、玻璃、生物相容性玻璃、金刚石、碳化硅、磷酸钙、碳酸钙、金属粉末、碳纤维复合材料、聚合物复合材料、钛、不锈钢、硬化钢、碳素钢、铬合金或上述物质的任何组合制成的丸或粗粒。

所述流体喷射器的压力也是决定所述磨料的冲击能量的一个因素。所述磨料和掺杂物不必通过同一喷射器传输到所述表面。它们可为任何数量的独立喷射器，只要它们将所述固体组分基本上同时传输到所述表面即可，例如，如果所述表面为金属则在氧化层再形成之前。这为将本发明向特定需求最优化提供了大量灵活性。在一个实施方式中，所述流体喷射器选自湿式喷射机、磨料水射流喷丸机和湿式喷丸机。在一个实施方式中，所述至少一个流体喷射器工作于0.5bar～100bar的压力下，诸如1bar～30bar的压力，或1bar～10bar的压力。

在另一实施方式中，所述至少一个流体喷射器选自干式喷丸机、干式喷射机、轮式研磨机、喷粒机、喷砂机和微喷射机。在一个实施方式中，所述至少一个流体喷射器工作于0.5bar～100bar的压力下，诸如1bar～30bar的压力下，或3bar～10bar的压力下。

在其它实施方式中，喷射设备可以与诸如CNC或机器人控制等受控运动装置联合使用。所述喷射可以在惰性环境中进行。

在一个实施方式中，所述掺杂物和磨料装于同一贮存器中并由同一喷射器(喷嘴)传输到表面。在另一实施方式中，所述掺杂物装于一个贮存器而磨料装于独立贮存器中，且多重喷嘴传输所述掺杂物和磨料。所述多重喷嘴可以采取喷射器内有喷射器的形式，即来自各喷射器的颗粒以相同入射角轰击所述表面。在另一实施方式中，所述多重喷嘴在空间上分开以便以不同入射角轰击所述表面但同时击打所述表面上的相同位点。

图9A、9B和9C是将所述掺杂物和磨料传输到表面的3种不同喷嘴构造的示意图：单一喷嘴(9A)；从不同贮存器传输掺杂物和磨料而其中一个喷嘴位于另一喷嘴内部的多重喷嘴(9B)；和从不同贮存器传输掺杂物和磨料的多重独立喷嘴(9C)。具体而言，图9A展示了用于将磨料颗粒24和掺杂物颗粒26的单一流23传输到基板28的单一喷嘴20。图9B展示了可以使用从不同贮存器传输掺杂物和磨料的多重喷嘴，其中图9B图示说明了用于传输磨料颗粒24的流33的一个喷嘴30位于用于传输掺杂物颗粒26的流43的另一喷嘴40内部，其中流33和流43是同轴的。也可以使用从不同贮存器传输掺杂物和磨料的多重独立喷嘴，如图9C所示，图中展示了用于分别传输磨料颗粒24和掺杂物颗粒26的流33和流43的喷嘴30和喷嘴40。

容易理解的是，当使用多于一种的掺杂物时，掺杂物可以从单一喷嘴或不同喷嘴传输。例如，所述掺杂物组合是治疗剂与另一颗粒(例如羟基磷灰石)的组合，可以使用双喷嘴设计来从一个喷嘴传输所述掺杂物而从第二喷嘴传输所述磨料。在另一实施方式中，可以使用三喷嘴构造，其中所述治疗剂从第一喷嘴传输，所述第二组掺杂物颗粒从第二喷嘴传输，而所述磨料从第三喷嘴传输。

在一个实施方式中，所述物品是可植入医疗器械。示例性医疗机械包括导管、导丝和去除病理性钙化用篮。在生物医学器械中，所需的是磨料自身在表面的浸入程度最小。由于可能发生一定浸渍，因此所述磨料还应为生物相容性的。

在一个实施方式中，所述物品是金属，诸如选自纯金属、金属合金、包含单相或多相的金属间化合物、包含无定形相的金属间化合物、包含单晶相的金属间化合物和包含多晶相的金属间化合物的那些金属。示例性金属包括钛、钛合金(例如NiTi或nitinol)、铁合金、不锈钢和不锈钢合金、碳素钢、碳素钢合金、铝、铝合金、镍、镍合金、镍钛合金、钽、钽合金、铌、铌合金、铬、铬合金、钴、钴合金、贵金属和贵金属合金。在一个实施方式中，所述金属是钛。

在一个实施方式中，所述磨料材料是氧化铝(10目)而所述掺杂物是粒径范围在0.1～3μm内的HA。通过将掺杂物和磨料以HA体积％:二氧化硅体积％为5:95～95:5的比例，更优选的是以80:20～20:80的比例，而最优选的是以60:40～40:60的比例混合得到混合介质。所述二氧化硅珠的摩氏硬度在0.1～10的范围内，更优选的是在2～10的范围内，最优选的是在5～10的范围内。使用标准喷粒机将所述混合介质传输到钛表面，所述标准喷粒机工作于0.5Bar～20Bar的压力范围内，诸如2Bar～10Bar的压力范围内，或4Bar～6Bar的压力范围内。所述喷嘴和所述表面之间的距离可以在0.1mm～100mm的范围内，诸如0.1mm～50mm的范围内，或0.1mm～20mm的范围内。所述喷嘴与所述表面的角度可以在10°～90°的范围内，诸如30°～90°的范围内，或70°～90°的范围内。

在另一实施方式中，所述磨料材料是二氧化硅(10目)而所述掺杂物是粒径范围在0.1～3μm内的HA。通过将掺杂物和磨料以HA体积％:氧化铝重量％为5:95～95:5的比例，更优选的是以80:20～20:80的比例，而最优选的是以60:40～40:60的比例混合得到混合介质。所述氧化铝粗粒的摩氏硬度在0.1～10的范围内，诸如在2～10的范围内，或在5～10的范围内。使用标准喷粒机将所述混合介质传输到钛表面，所述标准喷粒机工作于0.5Bar～20Bar的压力范围内，诸如2Bar～10Bar的压力范围内，或4Bar～6Bar的压力范围内。所述喷嘴和所述表面之间的距离可以在0.1mm～100mm的范围内，诸如0.1mm～50mm的范围内，或0.1mm～20mm的范围内。所述喷嘴与所述表面的角度可以在10°～90°的范围内，诸如30°～90°的范围内，或70°～90°的范围内。

本领域的普通技术人员可以理解包括喷射速度、工作压力、文氏管构造、入射角和表面与喷嘴间距在内的机械参数对使用所述混合介质时所述掺杂物在所述表面的浸渍程度的影响。

本领域的普通技术人员可以理解所用磨料材料的大小、形状、密度和硬度对使用所述混合介质时所述掺杂物在所述表面的浸渍程度的影响。

本领域的普通技术人员可以理解流体流自身、使用气体介质(通常为空气)的喷射设备、使用惰性气体(例如N₂或诸如Ar和He等稀有气体)作为载流对使用所述混合介质时所述掺杂物在所述表面的浸渍程度的影响。

在使用液体(通常为水)作为载流的湿式喷射设备的情况下，本领域的普通技术人员可以理解酸度和碱度对使用所述混合介质时所述掺杂物在所述表面的浸渍程度的影响。

如本文所公开，所述公开的方法可以用于改性医疗器械的表面。在医疗器械的情况中，掺杂物可以是活性的(引起生物响应)或钝态的(不引起生物响应)。可以输送钝态掺杂物来增强润滑能力或使基板不透射线、增强磨损特性或增强附加层的粘附性等。活性试剂可以引发体内寄主组织的响应、增强所述器械或手术的功能性或给所述器械带来作为第二功能的益处。

所述工艺是允许通过一般用于从表面去除材料的方法学将一种或多种材料添加到表面的沉积工艺。在一个实施方式中，所述方法使所述表面浸渍，使用：

1.磨料轰击以将追加材料输送到表面上和/或表面内；

2.在惰性环境中从表面去除氧化层接着在使所述表面再次氧化之前将追加材料沉积到所述表面上或表面内；或

3.上述1和2的组合

所述工艺可以用于改性、增强或处理表面，如改变包括下述中的一种或多种的表面特性/性质：

·形态学/拓扑学/形态/纹理/粗糙度/微结构

·表面积

·表面孔隙度

·结构——分子组装的有序/无序、夹杂、空位和组织

·晶体的结晶度、大小、分布和取向

·化学

·化学组成

·元素组成

·元素的化学状态

·分子组成

·官能团

·分子附层

·偶发污染物和杂质

·氧化层孔隙度、厚度和组成

·生物化学

·生物学性能

·表面能——亲脂/疏脂性

·润湿性——亲水性和疏水性

·吸附——物理吸附和化学吸附

·电学性质——表面电势和表面电荷、介电常数

·磁学性质

·光学性质——光反射/光吸收

·表面力学性质——表面层的弹性/塑性性质、表面张力/压缩力

·表面动力学性质——原子和分子的迁移率

对所述表面的效果是诸如使得所述表面材料的化学和拓扑学改性从而产生无限的表现形式范围。由所述处理得到的理想结果由下列因素影响：

·基板材料及其表面特性

·处理工艺参数和环境条件

·磨料及其机械和化学性质、大小、硬度、形态等

·掺杂物材料及其化学和机械性质、是否为追加试剂(例如治疗剂)的载体介质、或是否为活性或钝态试剂、或是否为复合物或鸡尾酒型混合物。

在一个实施方式中，本文所述方法可以提供一种或多种的下列特征：

·室温工艺

·无因温度或工艺引起的掺杂物材料的降解

·将温度敏感试剂无损输送到所述表面的能力

·制造友好的一步工艺

·无需保形聚合物膜以输送治疗剂

·无层压层结果——不能碎裂或剥落

·可适用于使植入物针对特定应用而定制处理

·具有在医疗器械领域以外的工业领域中的应用，例如用钛工业，例如，航空领域、食品领域(使用钛管)和半导体领域等。

实施例

实施例1

本实施例说明了使用羟基磷灰石(HA)作为掺杂物和氧化铝珠作为磨料对钛基板的改性。

制备由50重量％氧化铝(White Saftigrit：目径150，粒径88μm，摩氏硬度9，Guyson国际有限公司)和50重量％ HA(Fluka合成羟基磷灰石(Flukaproduction GmbH，Buchs，瑞士，Sigma-Aldrich家族成员)组成的混合介质。使用工作于5bar压力下的Rocatec^TM喷粒机对2cm×2cm纯钛试样(TitaniumSheet Grade 2 Medical，ASTM F67规格)进行喷粒。喷嘴到表面距离为1cm且喷嘴保持对表面呈90°。碳化硅喷嘴开口直径为1mm且以2cm/s在所述表面来回移动。对所述表面穿越3次。

对两个其他钛样品(Titanium Sheet Grade 2 Medical，ASTM F67规格)进行相同处理但所述介质仅由HA组成。

然后对所述样品进行清洁处理，所述清洁处理涉及在去离子水中进行20分钟超声清洗以去除未紧密附着到所述表面的任何材料。经过所述超声清洁后，所述样品用去离子水洗净并在烘箱中在95℃下空气干燥1小时。

将样品送交XPS(X射线光电子能谱)分析以确定所述表面的Ca、P、Ti和Al的相对浓度。图2展示了两个样品的宽扫描，其中图2A是用羟基磷灰石处理的钛的XPS概况扫描，而图2B是用50:50 HA/氧化铝的混合介质处理的钛的XPS概况扫描。正如图中可见，用混合介质技术进行喷粒的样品的Ca和P(HA的指标)的浓度显著高于仅用HA进行喷粒的样品中可观测的Ca和P浓度。这被对狭窄区域的更高分辨率扫描进一步证实。图3和图4展示了50％ HA:50％氧化铝样品和100％ HA样品上的Ca 2p、P 2p和Ti 2p芯态。具体而言，图3A和3B展示了仅用HA喷射的纯钛(细线)和用50:50的HA:氧化铝喷射的纯钛(粗线)的Ca 2p(图3A)和P 2p(图3B)芯态的对比XPS谱，而图4展示了用100％ HA进行喷粒的样品(上)和用50:50的HA:氧化铝混合物喷粒的样品(下)上的Ti 2p芯态的XPS谱，表明了钛被HA基本上覆盖。在所述混合介质喷粒的样品中观测到的钙和磷两者浓度与仅用HA喷射的样品相比均显著增加。另外还发现Ca:P的比例为1.65，证实所述表面的材料确为HA。

进一步表明了显著HA表面层的存在的是，与显示基本厚度(>10nm)的HA层的100％ HA喷射表面所观测到的Ti浓度相比，在所述混合介质喷射表面所观测到的Ti浓度极大降低。XPS可以用于通过对每种元素用RSF(相对散射因子)对芯态曲线下的面积进行标准化来计算表面物质的相对浓度，其计算误差在10％以内。计算的表面Ca/Ti原子比列于表1中。该值最能代表表面的覆盖程度。在氧化铝/HA喷粒的样品中其Ca:Ti相对浓度大概是100％ HA喷射样品中观测到的值的30倍。

表1.喷粒纯Ti表面的窄XPS扫描所测得的Ca/Ti原子比

喷射介质(重量％/重量％)	Ca/Ti比	相对比
喷射介质(重量％/重量％)	Ca/Ti比	相对比	100％ HA	0.45	0.98
100％ HA	0.47	1.02	100％ HA	0.45	0.98
100％ HA	0.47	1.02	50％ HA:50％氧化铝	13.43	29.20
50％ HA:50％二氧化硅珠	1.96	4.26	50％ HA:50％氧化铝	13.43	29.20
50％ HA:50％二氧化硅珠	1.96	4.26	50％ HA:50％二氧化硅珠	2.01	4.37

为评价涂覆在所述表面的HA浓度的均一性，进行了位于Ti 2P和Ca 2P峰上的两个样品的XPS表面测绘(0.2×0.2mm)，分别为图5的右图和左图。所观测到的颜色的均一性表明了在所述基板材料上的HA的分布均一性。

这些结果表明同时轰击使得HA可以在所述钛表面浸渍。另外，由于对两个样品都进行了严格的超声清洗循环，有可能的是残留在所述表面的HA牢固地结合在所述基板上。

实施例2

本实施例说明了使用羟基磷灰石作为掺杂物和二氧化硅珠作为磨料对钛基板的改性。

制备由50重量％二氧化硅珠(Honite 14：粒径范围75～150μm，摩氏硬度5，Guyson国际有限公司)和50重量％ HA(Fluka合成羟基磷灰石)组成的混合介质。使用工作于5bar压力下的Rocatec^TM喷粒机对2个2cm×2cm纯钛试样(Titanium Sheet Grade 2 Medical，ASTM F67规格)进行喷粒。喷嘴到表面距离为1cm且喷嘴保持对表面呈90°。碳化硅喷嘴开口直径为1mm且以2cm·s^-1在所述表面来回移动。对所述表面穿越3次。

将样品送交XPS(X射线光电子能谱)分析以确定表面的Ca、P、Ti和Si的相对浓度。图6的右图展示了样品之一的Ca 2p芯态与100％ HA喷粒样品的Ca 2p芯态的对比。图6的左图展示了两个样品的P 2p芯态。在所述混合介质喷粒的样品中观测到的钙和磷两者浓度与仅用HA喷射的样品相比均显著增加，但没有氧化铝的情况高。

计算的表面Ca/Ti原子比列于表1中。在二氧化硅珠/HA喷粒的样品中，其Ca:Ti相对浓度大概是100％ HA喷射样品中观测到的值的4倍。表1还说明了用所述技术可得结果的可再现性，因为在用相同混合介质处理的样品中测得的Ca/Ti比大致相同。这在图7中得到了进一步的说明，图中展示了所述两个样品的概况扫描的相似性。

实施例3

本实施例说明了使用羟基磷灰石/庆大霉素作为掺杂物和氧化铝珠作为磨料对钛基板的改性。

制备由50重量％氧化铝(White Saftigrit：目径150，粒径88μm，摩氏硬度9，Guyson国际有限公司)、40重量％ HA(Fluka合成羟基磷灰石)和10重量％庆大霉素组成的混合介质。使用工作于5bar压力下的Rocatec^TM喷粒机对3个0.5cm×0.5cm纯钛试样(Titanium Sheet Grade 2 Medical，ASTM F67规格)进行喷粒。对照组试样仅用HA和氧化铝喷射。喷嘴到表面距离为1cm且喷嘴保持对表面呈90°。碳化硅喷嘴开口直径为1mm且以2cm·s^-1在所述表面来回移动。对所述表面穿越3次。

然后对所述样品进行清洁处理，所述清洁处理涉及在去离子水中进行20分钟超声清洗以去除未紧密附着到所述表面的任何材料。经过所述超声清洁后，所述样品用去离子水洗净并在烘箱中在40℃下空气干燥1小时。

使用琼脂纸片扩散法评价了所述加载抗生素的表面对3种细菌物种(金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus，图8.1)、大肠杆菌(Escherichia coli，图8.2)，铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa，图8.3))的释放和抗菌活性，所述3种细菌物种被鉴定为在手术后生长于人工组织周边的机会病原体和植入物腐蚀的主要原因。

简言之，所述细菌在37℃下从脑心浸液(BHI)琼脂上的储备培养物生长16h，而分离出的菌落用于在10mL Luria(LB)培养液中接种新鲜培养物。在37℃下摇晃(200rpm)培养12～16h后，所述培养物在Mueller Hinton(MH)培养液中稀释以得到0.05的OD 600。用医用棉签将体积为350μL的每种细菌悬浮液划线到含4mm深琼脂的MH琼脂板上。接着将所述材料试样置于所述琼脂板上。将所述琼脂板翻转并在有氧条件下培养(36h，37℃)。

使用表面上未加载抗生素的对照组样品(负对照组)排除了所述植入物材料对不受释放的庆大霉素的活性影响的微生物生长的抑制性的可能性，所述对照组样品在图8.1、图8.2和图8.3中分别标为1。所述加载抗生素的样品在图8.1、图8.2和图8.3中分别标为2。

结果如图8中所示。在检测的3种细菌物种的每种的情况中，在HA/庆大霉素处理的试样周围可观察到细菌生长被抑制的抑制区(在图8.1、图8.2和图8.3中分别标为IZ)。这表明庆大霉素经所述工艺被合并到所述表面内，而且该抗生素在喷射过程中保留了活性。

实施例4

本实施例说明了使用羟基磷灰石/万古霉素作为掺杂物和氧化铝珠作为磨料对钛基板的改性。

制备由67重量％氧化铝(White Saftigrit：目径150，粒径88μm，摩氏硬度9，Guyson国际有限公司)、30重量％ HA(Fluka合成羟基磷灰石)和3重量％万古霉素组成的混合介质。使用工作于5bar压力下的Rocatec^TM喷粒机对18个直径为10mm的5级钛盘(Titanium 6AL-4VSheet Medical，ASTMF136规格)进行喷粒。对照组盘片仅用HA和氧化铝喷射。喷嘴到表面距离为0.5cm且喷嘴保持对表面呈90°。碳化硅喷嘴开口直径为1mm且以2cm·s^-1在所述表面来回移动。对所述表面穿越3次。

然后对部分所述样品进行清洁处理，所述清洁处理涉及在去离子水中进行20分钟超声清洗以去除未紧密附着到所述表面的任何材料。经过所述超声清洁后，所述样品用去离子水洗净并在烘箱中在40℃下空气干燥1小时。

使用琼脂纸片扩散法评价了所述加载抗生素的表面对细菌物种金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus，NCIMB 9518)的释放和抗菌活性，所述细菌物种被鉴定为在手术后生长于假体组织周边的机会病原体。图10中板1(plate 1)是接种了金黄色葡萄球菌(S.aureus)且暴露在掺杂万古霉素的试样下的琼脂板上的抑制区(IZ)的照片。

测试根据BSAC(英国抗菌化学治疗协会)用于抗菌灵敏度测试的纸片扩散法(2.1.1版，2002年1月)进行。从新鲜过夜培养物制备了含10⁷CFU/mL的金黄色葡萄球菌(S.aureus)NCIMB 9518的细菌悬浮液，然后将0.5mL该悬浮液均匀地展开在isosensitest琼脂板上。接着将所述材料试样置于所述琼脂板上。将所述琼脂板在有氧条件(20小时，37℃)下培养。

使用表面上未加载抗生素的对照组样品(负对照组)排除了所述植入物材料对微生物生长有抑制性的可能性。

结果如图10板1中所示，由抑制区所说明，所述抑制区针对所述HA/万古霉素处理的样品周围受抑制的细菌生长。这表明万古霉素经所述工艺被合并到所述表面内，而且该抗生素在喷射过程中保留了活性。

实施例5

本实施例说明了使用羟基磷灰石/妥布霉素作为掺杂物和氧化铝珠作为磨料对钛基板的改性。

制备由67重量％氧化铝(White Saftigrit：目径150，粒径88μm，摩氏硬度9，Guyson国际有限公司)、30重量％ HA(Fluka合成羟基磷灰石)和3重量％妥布霉素组成的混合介质。使用工作于5bar压力下的Rocatec^TM喷粒机对18个直径为10mm的5级钛盘(Titanium 6AL-4V Sheet Medical，ASTMF136规格)进行喷粒。对照组盘片仅用HA和氧化铝喷射。喷嘴到表面距离为0.5cm且喷嘴保持对表面呈90°。碳化硅喷嘴开口直径为1mm且以2cm·s^-1在所述表面来回移动。对所述表面穿越3次。

使用琼脂纸片扩散法评价了所述加载抗生素的表面对细菌物种大肠杆菌(Escherichia coli，NCIMB 12210)的释放和抗菌活性，所述细菌物种被鉴定为在手术后生长于假体组织周边的机会病原体。图10中板2(plate 1)和板3(plate3)是接种了大肠杆菌(E.coli)且暴露在掺杂妥布霉素的试样下的琼脂板上的抑制区(IZ)的照片。

测试根据BSAC(英国抗菌化学治疗协会)用于抗菌灵敏度测试的纸片扩散法进行。从新鲜过夜培养物制备了含10⁷CFU/mL的大肠杆菌(E.coli)NCIMB 12210的细菌悬浮液，然后将0.5mL该悬浮液均匀地展开在isosensitest琼脂板上。接着将所述材料试样置于所述琼脂板上。将所述琼脂板在有氧条件(20小时，37℃)下培养。

结果如图10板2和板3中所示，由抑制区所说明，所述抑制区针对所述HA/妥布霉素处理的样品周围受抑制的细菌生长。这表明妥布霉素经所述工艺被合并到所述表面内，而且该抗生素在喷射过程中保留了活性。

实施例6

本实施例说明了使用羟基磷灰石作为掺杂物和不同大小/硬度的磨料对钛基板的改性。

制备由80重量％磨料(粒径50、100μm的二氧化硅珠，摩氏硬度6，ComcoInc.；粒径50、100、150μm的氧化铝珠，摩氏硬度9，Comco Inc.)和20重量％ HA(Fluka合成羟基磷灰石)组成的混合介质。对每一种磨料，使用工作于80psi喷射压力下的Comco MB1000微喷射器对9个直径为10mm的5级钛盘(Titanium 6AL-4VSheet Medical，ASTM F136规格)进行喷粒。喷嘴到表面距离为15mm且喷嘴保持对表面呈90°。所用HP(高性能)喷嘴开口直径为0.060英寸且以3.175mm·s^-1在所述表面来回移动。对所述表面经各金属盘片中心穿越1次。

然后将样品送交XPS(X射线光电子能谱)、FTIR(傅里叶变换红外光谱)、表面粗糙度分析——尖针式轮廓测量仪、(XRD)X射线衍射以联合确定各样品表面的Ca、P和Ti的相对浓度以及各样品的形态学特性。

表2说明了由XPS表明的用不同粒径和硬度的磨料喷射的钛板所显示的结果。图11A和11B分别展示了双份100μm和150μm氧化铝珠的FTIR谱图。

表2.随喷射粒径和硬度变化的表面元素XPS原子浓度(和Ca:P比)

元素	对照	100μM玻璃珠	50μM氧化铝珠	100μM氧化铝珠	150μM氧化铝珠
元素	对照	100μM玻璃珠	50μM氧化铝珠	100μM氧化铝珠	150μM氧化铝珠	O 1s	37.78	54.80	53.38	54.71	54.12
C 1s^*	44.33	20.73	24.95	23.08	24.02	O 1s	37.78	54.80	53.38	54.71	54.12
C 1s^*	44.33	20.73	24.95	23.08	24.02	N 1s	3.37	0.25	0.57	0.84	0.55
Ti 2p	5.00	0.23	1.18	1.32	0.86	N 1s	3.37	0.25	0.57	0.84	0.55
Ti 2p	5.00	0.23	1.18	1.32	0.86	Ca 2p	0.28^**	14.58	12.23	12.36	11.99
P 2p	0.29^**	9.40	7.69	7.68	8.47	Ca 2p	0.28^**	14.58	12.23	12.36	11.99
P 2p	0.29^**	9.40	7.69	7.68	8.47	Al 2p	8.94^***	-	-	-	-
Ca/P比	n/a	1.55	1.61	1.61	1.42	Al 2p	8.94^***	-	-	-	-

^*：钛及其合金的正常外来碳水平——取决于所进行的成型/制造工艺可能更高

^**：因来自被处理样品的交叉感染造成的外来HA

^***：TiAl₄V₆合金(5级钛)中的铝

图11A展示了双份100μm氧化铝珠样品(a)和(b)的FTIR谱，而图11B展示了双份150μm氧化铝珠样品(a)和(b)的FTIR谱。

表3说明了由尖针式轮廓测量仪指出的对不同粒径和硬度的磨料显示的结果。

表3.显示粗糙度随喷射粒径和硬度变化的表面拓扑学的尖针式轮廓测量

	100μM玻璃珠	50μM氧化铝珠	100μM氧化铝珠	150μM氧化铝珠
	100μM玻璃珠	50μM氧化铝珠	100μM氧化铝珠	150μM氧化铝珠	平均表面粗糙度(μM)	0.35	0.37	0.62	0.61
标准差	0.06	0.03	0.05	0.02	平均表面粗糙度(μM)	0.35	0.37	0.62	0.61

图12A和12B分别展示了50μm和100μm氧化铝珠样品的XRD图案。

所述数据表明改变所述磨料介质的大小和硬度正如预期会导致表面形态学改变，且还会导致附层中的羟基磷灰石的数量和覆盖率的不同。

实施例7

本实施例说明了在改变喷射参数和磨料与掺杂物之比的同时使用双喷嘴将羟基磷灰石作为掺杂物在一种颗粒流中传输而将氧化铝珠作为磨料在另一颗粒流中传输来对钛基板的改性。

为控制磨料和掺杂物材料流到待处理表面的均一性进行了实验，所述实验将材料加载到两个独立Comco MB1000微喷射器单元的贮存器中以供给瞄准所述表面上同一点的独立喷嘴，如图9C中所示意说明。改变下列参数：喷嘴直径、喷嘴与表面的距离、喷射压力、入射角以及在与所述基板的接触点处的磨料与掺杂物的比例(参见表4：测试参数变化以研究对HA沉积和表面拓扑学的影响)。在所有测试中均使用粒径为100μm的氧化铝珠(摩氏硬度9，Comco Inc.)。所用合成HA(Glantreo Ltd，Cork，爱尔兰)具有范围为20～60μm的粒径。在每次测试中处理9个直径10mm的5级钛盘(Titanium6AL-4V Sheet Medical，ASTM F136规格)。在3.175mm·s^-1的给样率下使所述表面经各金属盘片中心穿越1次。

表4.测试参数变化以研究对HA沉积和表面拓扑学的影响

次数	A：喷嘴直径	B：喷嘴距离	C：喷射压力	D：入射角	E：磨料和掺杂物之比
次数	A：喷嘴直径	B：喷嘴距离	C：喷射压力	D：入射角	E：磨料和掺杂物之比	1	30	12	95	90	70:30
2	30	18	95	45	90:10	1	30	12	95	90	70:30
2	30	18	95	45	90:10	3	60	18	60	90	90:10
4	30	18	95	90	90:10	3	60	18	60	90	90:10
4	30	18	95	90	90:10	5	46	15	80	67.5	80:20
6	30	12	95	45	70:30	5	46	15	80	67.5	80:20
6	30	12	95	45	70:30	7	60	12	60	90	70:30
8	30	12	60	45	90:10	7	60	12	60	90	70:30
8	30	12	60	45	90:10	9	30	18	60	90	70:30
10	60	18	95	45	70:30	9	30	18	60	90	70:30
10	60	18	95	45	70:30	11	60	12	60	45	70:30
12	60	18	60	45	90:10	11	60	12	60	45	70:30
12	60	18	60	45	90:10	13	30	12	60	90	90:10
14	60	12	95	90	90:10	13	30	12	60	90	90:10
14	60	12	95	90	90:10	15	60	12	95	45	90:10
16	30	18	60	45	70:30	15	60	12	95	45	90:10
16	30	18	60	45	70:30	17	60	18	95	90	70:30

然后将样品送交XPS(X射线光电子能谱)、FTIR(傅里叶变换红外光谱)、表面粗糙度分析——尖针式轮廓测量仪以联合确定各样品表面的Ca、P和Ti的相对浓度以及各样品的形态学特性。XPS分析结果如表5中所示，而尖针式轮廓测量结果如表6中所示。

如实验中所概述，数据表明改变喷射参数和磨料与掺杂物之比导致正如预期的表面形态学变化，而且还导致附层中的羟基磷灰石的数量和覆盖度的不同。HA对照组数据表明了所述工艺不会对如Ca:P(钙比磷)比数据所示例的HA质量造成不利影响，如图13“双份HA对照组的XPS概况谱”所示。

实施例8

本实施例说明了用羟基磷灰石作为掺杂物和氧化铝珠作为磨料对不锈钢基板和2级钛基板的改性。

制备由80重量％氧化铝(White Saftigrit：目径150，粒径88μm，摩氏硬度9，Guyson国际有限公司)和20重量％ HA(合成HA，粒径20～60μm，Glantreo Ltd，Cork，爱尔兰)组成的混合介质。使用工作于5bar压力下的Rocatec^TM喷粒机对用于制造心脏支架的不锈钢管(医学等级不锈钢，ASTM1586规格)和2级钛板(Titanium Sheet Grade 2 Medical，ASTM F67规格)进行喷粒。喷嘴到表面距离为0.5cm且喷嘴保持对表面呈90°。碳化硅喷嘴开口直径为1mm且以2cm·s^-1在所述表面来回移动。对所述表面穿越3次。

将样品送交SEM/EDX(扫描电子显微镜/能量色散X射线)分析和AFM分析以确定HA是否附着到了所述两种材料的表面。图14(SEM)和图15(EDX)展示了所述不锈钢样品表面上附着良好的HA层，如表8所表示所述HA层具有良好覆盖率，并且厚度可达6.5μm(参见图14)。如同预期，纯钛显示了HA粘附层，参见图16(SEM)和图17(EDX)，而表9则展示了所述表面的元素分析。图18(AFM)表明所附着HA层具有7μm的厚度。

表8.HA-不锈钢界面的元素分析

元素	重量％	原子％
元素	重量％	原子％	C	33.19	43.85

O	47.78	47.39
O	47.78	47.39	Al	2.12	1.25
Si	0.58	0.33	Al	2.12	1.25
Si	0.58	0.33	P	6.14	3.14
Ca	10.19	4.04	P	6.14	3.14

Ca/P＝1.28

表9.HA-钛界面的元素分析

元素	重量％	原子％
元素	重量％	原子％	O	33.76	58.38
P	6.41	5.73	O	33.76	58.38
P	6.41	5.73	Ca	11.81	8.15
Ti	48.02	27.73	Ca	11.81	8.15

Ca/P＝1.42

实施例9

本实施例说明了用氧化铝珠作为磨料和纳米多孔二氧化硅作为掺杂物的对钛基板的改性。纳米多孔二氧化硅已知为合适的药物洗脱载体。

制备由50体积％氧化铝(粒径100μm，摩氏硬度9，Comco Inc.)和50体积％中孔二氧化硅(粒径约1μm；孔大小10nm，Glantreo Ltd，Cork，爱尔兰)组成的混合介质。使用工作于80psi喷射压力下的Comco MB1000微喷射器对9个直径为10mm的5级钛盘(Titanium 6AL-4V Sheet Medical，ASTM F136规格)进行喷粒。喷嘴到表面距离为15mm且喷嘴保持对表面呈90°。所用HP(高性能)喷嘴开口直径为0.060英寸且以3.175mm·s^-1在所述表面来回移动。对所述表面经各金属盘片中心穿越1次。

将样品送交SEM(扫描电子显微镜)分析以确定二氧化硅微粒在所述5级钛表面上的存在。图19显示了固定在所述表面上的二氧化硅微粒。

实施例10

本实施例说明了用纳米多孔HA(药物洗脱载体)作为掺杂物和氧化铝珠作为磨料的对铝和镍钛合金基板的改性。

制备由90重量％氧化铝(White Saftigrit：目径150，粒径88μm，摩氏硬度9，Guyson国际有限公司)和10重量％纳米多孔HA(平均粒径50μm；不规则非球形颗粒；孔大小3～4nm，Glantreo Ltd，Cork，爱尔兰)组成的混合介质。使用工作于5bar压力下的Rocatec^TM喷粒机对铝板和镍钛合金板进行喷粒。喷嘴到表面距离为0.5cm且喷嘴保持对表面呈90°。碳化硅喷嘴开口直径为1mm且以2cm·s^-1在所述表面来回移动。对所述表面穿越3次。

将样品送交SEM(扫描电子显微镜)分析以确定纳米多孔HA在所述铝表面和镍钛合金表面上的存在。图20A和20B是所述铝表面的纳米多孔HA附层的SEM图像，而图21是所述镍钛合金表面的纳米多孔HA附层的SEM图像。

Claims

1.一种处理金属基板的方法，所述方法包括：

2.如权利要求1所述的方法，其中，所述去除在惰性气氛下进行。

3.如权利要求1所述的方法，其中，所述去除与所述传输基本上同时进行以使所述金属表面在所述传输之前基本上未被氧化。

4.如权利要求1所述的方法，其中，所述去除包括对所述金属氧化物表面进行磨耗喷射。

5.如权利要求2所述的方法，其中，所述磨耗喷射的步骤选自喷粒、微喷射、水射流喷射和喷丸处理。

6.如权利要求2所述的方法，其中，所述磨耗喷射的步骤与所述传输包含掺杂物的颗粒的步骤同时进行。

7.如权利要求1所述的方法，其中，所述去除选自钻削、切割、成型、铣削、微机械加工、刮擦、磨削、抛光和打磨中的至少一个步骤。

8.如权利要求1所述的方法，其中，所述去除选自酸蚀刻、碱蚀刻和过氧化氢处理中的至少一个步骤。

9.如权利要求1所述的方法，其中，所述去除包括选自烧蚀、标记/蚀刻、焊接、切割和熔覆的激光处理。

10.如权利要求1所述的方法，其中，所述去除包括选自蚀刻和清洁的等离子处理。

11.如权利要求1所述的方法，其中，所述基板选自钛、不锈钢、铝和镍钛合金。

12.一种处理物品表面的方法，所述方法包括：

13.如任一项上述权利要求所述的方法，其中，所述至少一个流体喷射器选自湿式喷射机、磨料水射流喷丸机和湿式喷丸机。

14.如任一项上述权利要求所述的方法，其中，所述至少一个流体喷射器选自干式喷丸机、干式喷射机、轮式研磨机、喷粒机、喷砂机和微喷射机。

15.如任一项上述权利要求所述的方法，其中，所述至少一个流体喷射器工作在0.5bar～100bar的压力下。

16.如任一项上述权利要求所述的方法，其中，所述至少一个流体喷射器工作在1bar～30bar的压力下。

17.如任一项上述权利要求所述的方法，其中，所述至少一个流体喷射器工作在1bar～10bar的压力下。

18.如任一项上述权利要求所述的方法，其中，所述至少一个流体喷射器工作在0.5bar～100bar的压力下。

19.如任一项上述权利要求所述的方法，其中，所述至少一个流体喷射器工作在1bar～30bar的压力下。

20.如任一项上述权利要求所述的方法，其中，所述至少一个流体喷射器工作在3bar～10bar的压力下。

21.如权利要求12～20中任一项所述的方法，其中，所述物品是金属。

22.如权利要求21所述的方法，其中，所述金属选自纯金属、金属合金、包含单相或多相的金属间化合物、包含无定形相的金属间化合物、包含单晶相的金属间化合物和包含多晶相的金属间化合物。

23.如权利要求21或22所述的方法，其中，所述金属选自钛、钛合金、铁合金、不锈钢、不锈钢合金、碳素钢、碳素钢合金、铝、铝合金、镍、镍合金、镍钛合金、钽、钽合金、铌、铌合金、铬、铬合金、钴、钴合金、贵金属和贵金属合金。

24.如权利要求12～23中任一项所述的方法，其中，所述金属选自钛、铝、不锈钢和镍钛合金。

25.如任一项上述权利要求所述的方法，其中，所述物品是可植入医疗器械。

26.如任一项上述权利要求所述的方法，其中，所述物品选自导管、导丝和去除病理性钙化用篮。

27.如任一项上述权利要求所述的方法，其中，所述颗粒在气体载流中传输。

28.如权利要求27所述的方法，其中，所述载流选自氮气、氢气、氩气、氦气、空气、环氧乙烷和它们的组合。

29.如任一项上述权利要求所述的方法，其中，所述颗粒在液体载流中传输。

30.如权利要求29所述的方法，其中，所述液体也是蚀刻液体。

31.如权利要求30所述的方法，其中，所述蚀刻液体为碱性。

32.如权利要求30所述的方法，其中，所述蚀刻液体为酸性。

33.如权利要求12～32中任一项所述的方法，其中，所述传输在惰性环境中进行。

34.如权利要求4～6和权利要求12～33中任一项所述的方法，其中，所述磨料选自二氧化硅、氧化铝、氧化锆、钛酸钡、钛酸钙、钛酸钠、氧化钛、玻璃、生物相容性玻璃、金刚石、碳化硅、磷酸钙、碳酸钙、金属粉末、金属线、碳纤维复合材料、聚合物、聚合物复合材料、钛、不锈钢、硬化钢、铬合金。

35.如权利要求4～6和权利要求12～34中任一项所述的方法，其中，所述磨料具有0.1～10的摩氏硬度。

36.如权利要求4～6和权利要求12～34中任一项所述的方法，其中，所述磨料具有1～10的摩氏硬度。

37.如权利要求4～6和权利要求12～34中任一项所述的方法，其中，所述磨料具有5～10的摩氏硬度。

38.如权利要求4～6和权利要求12～37中任一项所述的方法，其中，所述磨料具有0.1μm～10000μm的粒径。

39.如权利要求4～6和权利要求12～37中任一项所述的方法，其中，所述磨料具有1μm～5000μm的粒径。

40.如权利要求4～6和权利要求12～37中任一项所述的方法，其中，所述磨料具有10μm～1000μm的粒径。

41.如任一项上述权利要求所述的方法，其中，所述掺杂物选自聚合物、金属、陶瓷和它们的组合。

42.如任一项上述权利要求所述的方法，其中，所述掺杂物包含两种以上不同材料。

43.如任一项上述权利要求所述的方法，其中，所述掺杂物是金属氧化物。

44.如任一项上述权利要求所述的方法，其中，所述掺杂物选自钛酸钡、钛酸钙、钛酸钠、沸石、含硅沸石、含磷沸石、二氧化硅、氧化铝、氧化锆、碳酸钙、生物相容性玻璃、磷酸钙玻璃和二氧化钛。

45.如任一项上述权利要求所述的方法，其中，所述掺杂物是骨引导剂或骨整合剂。

46.如权利要求45所述的方法，其中，所述骨引导剂或骨整合剂选自改性磷酸钙。

47.如权利要求45或46所述的方法，其中，所述骨引导剂或骨整合剂选自Ca₅(PO₄)₃OH、CaHPO₄·2H₂O、CaHPO₄、Ca₈H₂(PO₄)₆·5H₂O、α-Ca₃(PO₄)₂、β-Ca₃(PO₄)₂和它们的组合。

48.如权利要求46或47所述的方法，其中，所述改性磷酸钙含有选自碳酸根、氯离子、氟离子、硅酸根和铝酸根中的至少一种阴离子。

49.如权利要求46～48中任一项所述的方法，其中，所述改性磷酸钙含有选自氢离子、钾离子、钠离子、镁离子、钡离子和锶离子中的至少一种阳离子。

50.如任一项上述权利要求所述的方法，其中，所述掺杂物是治疗剂。

51.如权利要求50所述的方法，其中，所述治疗剂被固定在载体材料上或载体材料中。

52.如权利要求51所述的方法，其中，所述载体材料选自聚合物、磷酸钙、二氧化钛、二氧化硅、生物聚合物、生物相容性玻璃、沸石、脱矿骨、脱蛋白骨、移植骨和上述材料的复合型组合。

53.如权利要求52所述的方法，其中，所述聚合物选自聚氨酯类、聚对苯二甲酸乙二酯、PLLA-聚羟基乙酸(PGA)共聚物(PLGA)、聚己内酯、聚(羟基丁酸酯/羟基戊酸酯)共聚物、聚乙烯基吡咯烷酮、聚四氟乙烯、聚(甲基丙烯酸2-羟基乙酯)、聚(醚氨酯脲)、硅酮类、丙烯酸类、环氧化物类、聚酯类、氨基甲酸酯类、聚对二甲苯类、聚磷腈聚合物类、含氟聚合物类、聚酰胺类、聚烯烃类以及它们的共混物和共聚物。

54.如权利要求52所述的方法，其中，所述生物聚合物选自多糖、明胶、胶原蛋白、藻酸盐、透明质酸、藻酸、角叉菜胶、软骨素、果胶、壳聚糖以及它们的衍生物、共混物和共聚物。

55.如权利要求51所述的方法，其中，所述治疗剂选自抗癌药、抗炎药、免疫抑制剂、抗生素、肝素、功能蛋白、调节蛋白、结构蛋白、寡肽、抗原肽、核酸、免疫原和上述物质的组合。

56.如权利要求55所述的方法，其中，所述抗癌药选自异噁唑醋酸、阿克拉霉素、阿考达唑、出油柑碱、阿多来新、阿拉诺新、阿地白介素、别嘌醇钠、六甲蜜胺、氨鲁米特、氨萘非特、聚肌胞、安吖啶、雄激素、蛇形菌毒素、阿菲迪霉素甘氨酸酯、亮氨酸溶肉瘤素、天冬酰胺酶、5-阿扎胞苷、硫唑嘌呤、卡介苗、可溶性三嗪苯酰胺、β-2’-脱氧硫鸟嘌呤核苷酸、盐酸比生群、硫酸博莱霉素、白消安、丁硫氨酸亚砜亚胺、BWA 773U82、BW 502U83盐酸盐、BW 7U85甲磺酸酯、赛瑞酰胺、卡贝替姆、卡铂、卡莫司汀、苯丁酸氨芥、氯喹喔啉磺胺、氯脲霉素、色霉素A3、顺铂、克拉屈滨、皮质类固醇、短小棒状杆菌、CPT-11、克立那托、环胞苷、环磷酰胺、阿糖胞苷、色他巴、道比什马来酸酯、达卡巴嗪、更生霉素、盐酸柔红霉素、二氨基二苯基甲烷、右旋丙亚胺、二去水半乳糖醇、地吖醌、二溴卫矛醇、膜海鞘素B、二乙基二硫代氨基甲酸盐、二羟乙醛、二氢-5-重氮胞嘧啶核苷、阿霉素、刺霉素、依达曲沙、依地福新、依氟鸟氨酸、Elliott溶液、依沙芦星、表阿霉素、泛艾霉素、磷酸雌二醇氮芥、雌激素、依他硝唑、依硫磷酸、依托泊苷、法曲唑、法扎拉滨、芬维A胺、非格司亭、非那雄胺、黄酮乙酸、氟尿苷、磷酸氟达拉滨、5-氟尿嘧啶、氟洛索RTM、氟他胺、硝酸镓、吉西他滨、醋酸戈舍瑞林、1，7-庚二醇二氨基磺酸酯、六亚甲基二乙酰胺、高三尖酯碱、硫酸肼、4-羟基雄烯二酮、羟基脲、盐酸依达比星、异环磷酰胺(ifosfamide)、α-干扰素、β-干扰素、γ-干扰素、白细胞介素1α和白细胞介素1β、白细胞介素-3、白细胞介素-4、白细胞介素-6、4-甘薯黑疤霉二醇、异丙铂、异维甲酸、亚叶酸钙、醋酸亮丙瑞林、左旋咪唑、脂质体柔红霉素、脂质体封装阿霉素、洛莫司汀、氯尼达明、美登素、盐酸氮芥、美法仑、美诺立尔、硫巴妥苯胺、6-巯基嘌呤、巯乙磺酸钠、卡介苗甲醇提取残留物、甲氨喋呤、N-甲基甲酰胺、米非司酮、丙脒腙、丝裂霉素C、米托坦、米托蒽醌盐酸盐、单核细胞/巨噬细胞集落刺激因子、那密浓、萘氧啶、新制癌菌素、醋酸奥曲肽、奥马铂、奥沙利铂、紫杉醇、磷乙天冬氨酸、喷司他丁、哌嗪二酮、哌泊溴烷、吡柔比星、吡曲克辛、盐酸吡罗蒽醌、PIXY-321、普卡霉素、卟非姆钠、泼尼氮芥、甲基苄肼、孕激素类、吡唑呋喃菌素、雷佐生、沙格司亭、司莫司汀、螺锗、螺莫司汀、链黑菌素、链脲菌素、磺氯苯脲、苏拉明钠、三苯氧胺、泰索帝、替加氟、替尼泊甙、对苯二甲酸脒、环氧三嗪酮、硫鸟嘌呤、塞替派、胸苷注射剂、噻唑羧胺核苷、拓扑替康、托瑞米芬、维A酸、盐酸三氟拉嗪、三氟尿苷、三甲曲沙、肿瘤坏死因子、尿嘧啶氮芥、硫酸长春碱、硫酸长春新碱、长春地辛、长春瑞滨、长春利定、Yoshi864、佐柔比星以及上述物质的混合物。

57.如权利要求55所述的方法，其中，所述抗炎药选自非类固醇抗炎药、COX-2抑制剂、糖皮质激素和上述物质的混合物。

58.如权利要求57所述的方法，其中，所述非类固醇抗炎药选自阿司匹林、双氯芬酸、吲哚美辛、舒林酸、酮洛芬、氟比洛芬、布洛芬、萘普生、吡罗昔康、替诺昔康、托美汀、酮咯酸、奥沙普嗪、甲芬那酸、非诺洛芬、萘普酮、对乙酰氨基酚和上述物质的混合物。

59.如权利要求57所述的方法，其中，所述COX-2抑制剂选自尼美舒利、NS-398、氟舒胺、L-745337、塞来昔布、罗非昔布、SC-57666、DuP-697、帕瑞昔布钠盐、JTE-522、戊地昔布、SC-58125、依托昔布、RS-57067、L-748780、L-761066、APHS、依托度酸、美洛昔康、S-2474和上述物质的混合物。

60.如权利要求57所述的方法，其中，所述糖皮质激素选自诸如氢化可的松、可的松、泼尼松、泼尼松龙、甲基强的松龙、甲泼尼松、曲安西龙、帕拉米松、氟泼尼龙、倍他米松、地塞米松、氟氢可的松、脱氧皮质酮和上述物质的混合物。

61.如权利要求55所述的方法，其中，所述抗生素选自妥布霉素、万古霉素、庆大霉素、氨苄青霉素、青霉素、头孢菌素C、头孢氨苄、头孢克洛、头孢孟多和环丙沙星，以及上述物质的混合物。

62.如权利要求55所述的方法，其中，所述蛋白质选自白蛋白、酪蛋白、明胶、溶酶体、纤维连接蛋白、纤维蛋白、壳聚糖、聚赖氨酸、聚丙氨酸、聚半胱氨酸、骨形成蛋白、表皮生长因子、成纤维细胞生长因子、神经生长因子、骨源生长因子、β1-转化生长因子、β-转化生长因子、精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸三肽、维生素D3、地塞米松和人类生长激素、表皮生长因子、α-转化生长因子、β-转化生长因子、痘苗生长因子、成纤维细胞生长因子、类胰岛素生长因子、血小板源生长因子、软骨源生长因子、白细胞介素2、神经细胞生长因子、造血细胞生长因子、淋巴细胞生长因子、骨形成蛋白、成骨因子、软骨形成因子或上述物质的混合物。

63.如权利要求55所述的方法，其中，所述肝素选自重组肝素、肝素衍生物和肝素类似物或上述物质的组合。

64.如权利要求55所述的方法，其中，所述寡肽是杀菌寡肽。

65.如权利要求55所述的方法，其中，所述免疫原是病毒抗原、细菌抗原、真菌抗原、寄生虫抗原、肿瘤抗原、肿瘤抗原的多肽片段、转移性特异抗原、被动疫苗或主动疫苗、合成疫苗或亚单位疫苗。

66.如权利要求1～51中任一项所述的方法，其中，所述掺杂物是不透射线材料。

67.如权利要求66所述的方法，其中，所述不透射线材料选自碱土金属、过渡金属、稀土金属和它们的氧化物、硫酸盐、磷酸盐以及上述物质的组合。

68.如权利要求66所述的方法，其中，所述不透射线材料是聚合物。

69.如任一项上述权利要求所述的方法，其中，所述第一组颗粒和第二组颗粒从同一流体喷射器传输到所述表面。

70.如任一项上述权利要求所述的方法，其中，所述第一组颗粒和第二组颗粒从不同流体喷射器传输到所述表面。