CN107604415A - 一种在钛基金属表面制备含锶生物涂层的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种在钛基金属表面制备含锶生物涂层的方法。首先制备含锶微弧氧化电解液，其次以钛基金属为阳极，不锈钢为阴极在上述含锶电解液中进行微弧氧化，通过控制微弧氧化相关参数，即可在钛基金属表面制备含锶生物活性涂层。本发明在钛基表面制备的含锶生物涂层，由于该涂层从钛基表面原位生长，且呈犬牙交错与钛基结合，具有较高的结合强度。更重要的是，涂层中锶的掺杂明显改善了钛基金属的生物活性，有效克服了目前钛基金属材料在临床应用中缺点和不足。

Description

一种在钛基金属表面制备含锶生物涂层的方法

方法领域

本发明涉及一种在钛基金属表面制备含锶生物涂层的方法，该生物涂层不但保留了钛基金属材料优良的力学性能，而且改善了钛基金属材料的生物活性，具有很好的临床应用前景。

背景方法

传统硬组织修复材料耐磨性以及生物相容性差，易老化，而且弹性模量大，易产应力遮挡，导致骨质疏松和骨折延迟愈合，限制了其临床应用；而聚乳酸等高分子材料由于机械强度和耐磨损性能较差，很难承受较大的负重；陶瓷材料如碳化硅陶瓷虽然有着优良的耐磨性能，但是本身的力学性能太差，很容易发生碎裂 ，在人工关节假体的制作中，很难获得广泛应用。

钛和钛合金因其密度小、强度高、比重与人体的骨组织相近、并具有良好的生物相容性等优点，是目前外科领域中应用最广泛的金属植入材料，如骨科常见的人工关节，骨折接骨板、螺钉和髓内钉等内固定器械，口腔科使用的种植牙、义齿支架，冠桥以及正畸弓丝等。目前，钛和钛合金的研究已经成为了骨科、口腔，矫形外科以及整个医学领域研究的一个热点。但是，钛和钛合金也并非尽善尽美，也存在一些缺点，包括缺乏生物活性，不能诱导钙磷盐沉积，与周围骨组织不能形成强有力的化学结合，因此植入体内容易松动；耐磨性能差，容易产生无菌性炎症；易产生应力集中造成种植体周围骨吸收等不良后果，这些缺点限制了其在医学领域的进一步扩展应用，因此，必须对钛和钛合金进行表面改性。

传统生物材料表面处理方法如等离子喷涂存在涂层与基体的结合强度低、涂层均匀性和稳定性较难控制等问题，而微弧氧化方法具有高效环保、操作方便、涂层和基体结合强度高、可在涂层表面通过高温烧结和放电击穿作用形成含有所需功能元素的多孔陶瓷涂层材料等优点。

锶作为一种亲骨性的元素，研究表明适量的锶能够促进骨形成，抑制骨吸收。锶对骨骼的形成具有双重作用，一方面锶能刺激成骨细胞的粘附增殖分化和矿化，促进骨骼形成；另一方面锶通过降低破骨细胞的活性，抑制骨吸收。

鉴于锶在骨骼代谢中的积极作用，已有研究将锶引入植入物的表面，包括载锶羟基磷灰石涂层、钛酸锶的纳米管涂层等，体外实验表明植入物表面掺锶涂层通过锶的缓释释放，刺激成骨细胞的粘附，增殖，分化和矿化，促进成骨，加速骨骼的愈合，促进植入物和骨组织早期形成骨整合。

发明内容

本发明提出了一种在钛基金属表面制备含锶生物活性涂层的方法及其所使用的电解液。

本发明的目的是鉴于目前临床上使用的钛基金属生物活性差，不能诱导成骨，与周围骨组织不能形成强有力的化学结合，容易产生无菌性炎症，易产生应力集中造成种植体周围骨吸收，植入后不能和骨组织形成骨整合；同时传统生物材料表面处理方法如等离子喷涂存在涂层与基体的结合强度低、涂层均匀性和稳定性较难控制等缺点。为解决上述问题，本发明中采用微弧氧化方法对钛基金属进行表面改性处理，在钛基金属表面制备含锶生物涂层。

本发明的实施方案：配制含锶的微弧氧化电解液，通过调整微弧氧化相关参数对钛基金属进行氧化处理，即可在钛基金属表面制备含锶生物活性涂层。

该发明具有如下特征。

（1）提出一种在钛基金属表面通过微弧氧化方法制备含锶微弧氧化生物活性涂层的方法，该生物涂层可用于人工关节假体和口腔种植体的表面改性。

（2）该方法在医用钛基金属表面制备的生物涂层，由表面的多孔结构和深层的致密结构组成，膜层与金属基体牢固结合，不但保持了钛基金属良好的力学性能，而且表面多孔而又富含生物活性元素锶的涂层能够刺激成骨细胞的增殖和分化，同时降低破骨细胞的活性，最终促进骨整合的形成。

本发明包括以下步骤。

步骤1、试样的预处理，包括除油、打磨、抛光和清洗。

步骤2、对钛基金属进行微弧氧化处理，具体方法：以钛基金属作为阳极，以不锈钢作为阴极；微弧氧化的电压为脉冲电压；微弧氧化过程中通过搅拌器对电解液进行搅拌，整个微弧氧化过程中控制电解液的温度在25℃以下；微弧氧化过程中的工艺参数为：微弧氧化电压为150V-500V，脉冲频率为300Hz-600Hz，氧化时间5min-30min，占空比为10%-30%。

本发明还提出了一种用于制备所述钛基金属微弧氧化涂层方法的电解液，由乙酸锶，乙酸钙，β-甘油磷酸钙和去离子水组成。该电解液能够在钛基金属表面制备含锶微弧氧化涂层，通过锶的缓释释放，刺激成骨细胞的增殖和分化，同时降低破骨细胞的活性，最终促进骨整合的形成。

具体实施方式

实施例1。

试样的预处理，包括除油、打磨、抛光和清洗。

通过脉冲电源进行微弧氧化，整个微弧氧化过程中控制微弧氧化电解液的温度在25℃以下；微弧氧化过程中的工艺参数为：微弧氧化电压为150-450V，脉冲频率为600Hz，占空比为20%，氧化时间15min，微弧氧化结束后获得的样品清洗后自然干燥，即可在钛基金属表面获得含锶生物活性涂层。

本发明提出的微弧氧化电解液由乙酸锶，乙酸钙，β-甘油磷酸钙组成，其中它们的含量为：乙酸锶8g/L，乙酸钙36 g/L和β-甘油磷酸钙5g/L，其余为去离子水。

实施例2。

试样的预处理，包括除油、打磨、抛光和清洗。

通过脉冲电源进行微弧氧化，整个微弧氧化过程中控制微弧氧化电解液的温度在25℃以下；微弧氧化过程中的工艺参数为：微弧氧化电压为150-500V，脉冲频率为600Hz，占空比为30%，氧化时间20min，微弧氧化结束后获得的样品清水清洗后自然干燥，即可在钛基金属表面获得含锶生物活性涂层。

本发明提出的微弧氧化电解液由乙酸锶，乙酸钙和β-甘油磷酸钙和去离子水组成，其中它们的含量为：乙酸锶12g/L，乙酸钙36g/L和β-甘油磷酸钙5g/L，其余为去离子水。

Claims (3)

1.提出一种在钛基金属表面制备含锶生物涂层的方法，该生物涂层可应用于人工关节假体和口腔种植体的表面改性，其特征在于：

（1）该方法使用的电解液主要由乙酸锶、乙酸钙、甘油磷酸钙等组成，易于被人体吸收，安全无毒；

（2）利用微弧氧化方法制备的生物涂层，由表面的多孔结构和内部的致密结构组成，涂层的结合强度高是该方法的特征之一；

（3）该方法在力学性能优良的钛基金属表面制备含锶生物活性涂层，有效克服了钛基金属生物惰性的特点；

（4）该生物涂层可以通过调控相关参数和电解液各成分的比例来调控涂层中锶元素的含量；

（5）该生物涂层制备所需设备简单，使用安全方便；材料来源丰富、生产效率高；对环境无毒无污染，是一种绿色环保处理方法。

2.根据权利要求1所述的生物活性抗菌涂层，其特征在于微弧氧化电压为150V-500V，脉冲频率为300Hz-600Hz，氧化时间5min-30min，占空比为10%-30%。

3.根据权利要求1所述的医用钛基金属生物涂层可应用于人工关节假体和口腔种植体等硬组织修复材料。