CN103041449A - 复合结构生物活性功能涂层 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了复合结构生物活性功能涂层,尤其公开了位于金属基体上的复合结构生物活性功能涂层,包括位于该金属基体上的第一钛金属涂层、位于该第一钛金属涂层上的钽金属涂层、和位于该钽金属涂层上的羟基磷灰石或β-TCP生物活性涂层。

Description

复合结构生物活性功能涂层
技术领域
本发明涉及复合结构生物活性功能涂层,尤其涉及用于关节置换用假体上的复合结构生物活性功能涂层。
背景技术
在关节置换领域中,为了增强关节假体的长期稳定性,一般是在金属假体表面上施加多孔钛涂层,利用长入该多孔钛涂层的孔隙中的骨组织,起到生物固定的作用。另外,为了促进骨组织的长入,往往在多孔钛涂层上施加能够诱导骨组织长入的羟基磷灰石或β-TCP涂层。
目前,在本领域中,主要采用等离子喷涂工艺在多孔钛涂层上施加羟基磷灰石涂层或β-TCP涂层。存在的问题是羟基磷灰石或β-TCP涂层和钛涂层的结合强度不够,可能存在羟基磷灰石或β-TCP涂层脱落的问题。
本发明采用包括钽涂层的复合结构生物活性功能涂层解决了这一问题。
发明内容
根据本发明的实施方案,公开了位于金属基体上的复合结构生物活性功能涂层,包括位于该金属基体上的第一钛金属涂层、位于该第一钛金属涂层上的钽金属涂层、和位于该钽金属涂层上的羟基磷灰石或β-TCP生物活性涂层。
根据本发明的又一实施方案,本发明涉及位于金属基体上的复合结构生物活性功能涂层,包括位于该金属基体上的第一钛金属涂层、位于第一钛金属涂层上的第二多孔钛金属涂层、位于该第二钛金属涂层上的钽金属涂层、和位于该钽金属涂层上的羟基磷灰石或β-TCP生物活性涂层。
根据本发明的又一实施方案,本发明涉及位于金属基体上的复合结构生物活性功能涂层,包括:厚度为15-50μm的第一致密钛金属涂层;厚度为25-75μm、孔隙尺寸为100-150μm的第二钛金属涂层;厚度为50-150μm、孔隙尺寸为150-300μm的钽金属涂层;厚度为40-100μm、孔隙尺寸为100-250μm的羟基磷灰石或β-TCP生物活性涂层。
根据本发明的又一实施方案,本发明涉及人工髋关节置换用假体,包括由符合外科植入用ISO标准的医用钛合金制成的金属基体和位于所述金属基体上的复合结构生物活性功能涂层。
本发明从物理结合方面与生物相容性方面考虑,制备了上述复合结构的生物活性涂层。钽涂层与钛涂层相比,和羟基磷灰石或β-TCP涂层结合更牢固。同时,钽涂层的力学性能和钛涂层不同,因而和仅仅包含钛涂层和羟基磷灰石(或β-TCP涂层)的复合涂层相比,改善了髋关节假体整体的弹性模量,进而改善了髋关节假体的整体生物力学性能。
在本发明中,由于等离子喷涂工艺的限制,描述涂层厚度的数值应该理解为实际上是指“所述数值×(100%±10%)”。
在本发明中,“致密”是指孔隙率小于10%(体积),反之则为“多孔的”。
具体实施方式
通过以下实施例进一步具体地阐述本发明,但本发明不限于这些实施例。
钛合金基体表面处理
在本发明的比较实施例和实施例中,符合ISO5832-3的钛合金基体用氧化铝颗粒进行喷砂处理,使表面粗糙并除去表面层,然后用丙酮清洗,准备进行喷涂。
等离子体喷涂处理
在本发明的实施例中,采用真空等离子喷涂设备,瑞典的A-3000等离子喷涂机,进行喷涂。机械手为ABB公司的IRB-6型,可以在真空室内自动控制。
对比实施例1
将钛合金关节柄用粒度为50目的氧化铝喷砂处理4分钟,使表面变得粗糙并除去表面层。然后放入等离子体真空室,抽真空到0.133Pa,然后充Ar。喷枪距关节柄300mm,等离子体预热该关节柄4分钟,达到约400℃,等离子体溅射清洗4分钟。由送粉器送入300目的Ti粉在电压60V、600A下喷涂到25μm致密层。外层喷涂β-TCP用60目的β-TCP粉,在60V、600A下喷涂厚度为50μm、平均孔径为150μm。
待冷却后,取出喷涂有复合结构生物活性涂层的钛合金关节柄。依据ISO13779-4测得β-TCP涂层的结合强度为35MPa。
对比实施例2
将钛合金关节柄用粒度为50目的氧化铝喷砂处理4分钟,使表面变得粗糙并除去表面层。然后放入等离子体真空室,抽真空到0.133Pa,然后充Ar。喷枪距关节柄300mm,等离子体预热该关节柄4分钟,达到约400℃,等离子体溅射清洗4分钟,由送粉器送入300目的Ti粉在电压60V、600A下喷涂到25μm致密层,再用150目的Ti粉在60V、600A下喷涂到50μm厚度的平均孔径为150μm的多孔层。外层喷涂β-TCP用60目的β-TCP粉,在60V、600A下喷涂厚度为50μm、平均孔径为150μm。
待冷却后,取出喷涂有复合结构生物活性涂层的钛合金关节柄。依据ISO13779-4测得β-TCP涂层的结合强度为50MPa。
实施例1
将钛合金关节柄用粒度为50目的氧化铝喷砂处理4分钟,使表面变得粗糙,除去表面层。然后放入等离子体真空室,抽真空到0.133Pa,然后充Ar。喷枪距关节柄300mm,等离子体预热该关节柄4分钟,达到约400℃,等离子体溅射清洗4分钟,由送粉器送入300目的Ti粉在电压60V、600A下喷涂到25μm致密层,再用60目的钽粉在60V、600A下喷到厚度100μm、平均孔径为200μm的多孔层。外层喷涂β-TCP用60目的β-TCP粉,在60V、600A下喷涂厚度为50μm,平均孔径为150μm。
待冷却后,取出喷涂有复合结构生物活性涂层的钛合金关节柄。依据ISO13779-4测得β-TCP涂层的结合强度为80MPa。
实施例2
将钛合金关节柄用粒度为50目的氧化铝喷砂处理4分钟,使表面变得粗糙,除去表面层。然后放入等离子体真空室,抽真空到0.133Pa,然后充Ar。喷枪距关节柄300mm,等离子体预热该关节柄4分钟,达到约400℃,等离子体溅射清洗4分钟,由送粉器送入300目的Ti粉在电压60V、600A下喷涂到25μm致密层,再用150目的Ti粉在60V、600A下喷涂到50μm厚度的平均孔径为150μm的多孔层,接着用60目的钽粉在60V、600A下喷到厚度100μm、平均孔径为200μm的多孔层。外层喷涂β-TCP用60目的β-TCP粉,在60V、600A下喷涂厚度为50μm,平均孔径为150μm。
待冷却后,取出喷涂有复合结构生物活性涂层的钛合金关节柄。依据ISO13779-4测得β-TCP涂层的结合强度为100MPa。
实施例3
将钛合金关节柄用粒度为50目的氧化铝喷砂处理4分钟,使表面变得粗糙,除去表面层。然后放入等离子体真空室,抽真空到0.133Pa,然后充Ar。喷枪距关节柄300mm,等离子体预热该关节柄4分钟,达到约400℃,等离子体溅射清洗4分钟,由送粉器送入300目的Ti粉在电压60V、600A下喷涂到35μm致密层,再用150目的Ti粉在60V、600A下喷涂到60μm厚度的平均孔径为150μm的多孔层,接着用60目的钽粉在60V、600A下喷到厚度80μm、平均孔径为200μm的多孔层。外层喷涂β-TCP用60目的β-TCP粉,在60V、600A下喷涂厚度为80μm,平均孔径为150μm。
待冷却后,取出喷涂有复合结构生物活性涂层的钛合金关节柄。依据ISO13779-4测得β-TCP涂层的结合强度为95MPa。
实施例4
将钛合金关节柄用粒度为50目的氧化铝喷砂处理4分钟,使表面变得粗糙,除去表面层。然后放入等离子体真空室,抽真空到0.133Pa,然后充Ar。喷枪距关节柄300mm,等离子体预热该关节柄4分钟,达到约400℃,等离子体溅射清洗4分钟,由送粉器送入300目的Ti粉在电压60V、600A下喷涂到25μm致密层,再用150目的Ti粉在60V、600A下喷涂到50μm厚度的平均孔径为150μm的多孔层,接着用60目的钽粉在60V、600A下喷到厚度100μm、平均孔径为200μm的多孔层。外层喷涂羟基磷灰石用60目的羟基磷灰石粉,在60V、600A下喷涂厚度为50μm,平均孔径为145μm。
待冷却后,取出喷涂有复合结构生物活性涂层的钛合金关节柄。依据ISO13779-4测得羟基磷灰石涂层的结合强度为100MPa。

Claims (10)

1.位于金属基体上的复合结构生物活性功能涂层,包括位于该金属基体上的第一钛金属涂层、位于该第一钛金属涂层上的钽金属涂层、和位于该钽金属涂层上的羟基磷灰石或β-TCP生物活性涂层。
2.根据权利要求1的复合结构生物活性功能涂层,其中所述第一钛金属涂层是厚度为15-50μm的致密涂层。
3.根据权利要求2的复合结构生物活性功能涂层,其中在所述第一钛金属涂层和钽金属涂层之间还施加有第二多孔钛金属涂层。
4.权利要求3的复合结构生物活性功能涂层,其中该第二多孔钛金属涂层的厚度为25-75μm,平均孔径为100-150μm;该钽金属涂层的厚度为50-150μm,平均孔径为150-300μm;该羟基磷灰石或β-TCP生物活性涂层的厚度为40-100μm,平均孔径为100-250μm。
5.权利要求4的复合结构生物活性功能涂层,其中该第一钛金属涂层的厚度为20-40μm;该第二多孔钛金属涂层的厚度为40-60μm;该钽金属涂层的厚度为80-120μm;该羟基磷灰石或β-TCP生物活性涂层的厚度为40-80μm。
6.权利要求5的复合结构生物活性功能涂层,其中该第一钛金属涂层的厚度为20-30μm;该第二多孔钛金属涂层的厚度为40-60μm;该钽金属涂层的厚度为100-120μm;该羟基磷灰石或β-TCP生物活性涂层的厚度为50-80μm。
7.权利要求6的复合结构生物活性功能涂层,其中该羟基磷灰石或β-TCP生物活性涂层的厚度为50-60μm。
8.权利要求7的复合结构生物活性功能涂层,其中该第一钛金属涂层的厚度为25μm;该第二多孔钛涂层的厚度为50μm;该钽金属涂层的厚度为100μm;该羟基磷灰石或β-TCP生物活性涂层的厚度为50μm。
9.权利要求1-8任一的复合结构生物活性功能涂层,其中所述金属基体是人工髋关节置换用的关节柄或臼杯,由符合外科植入用ISO标准的医用钛合金制成。
10.人工髋关节置换用假体,包括由符合外科植入用ISO标准的医用钛合金制成的金属基体和位于所述金属基体上的根据权利要求1-8任一的复合结构生物活性功能涂层。
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