CN114558177A - 一种具有生物活性涂层的植入物及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有生物活性涂层的植入物及其制造方法，其先在植入物表面形成多级微纳米级孔洞结构，使基体表面获得独有的形貌特征，为后期喷涂生物活性玻璃涂层提供有效的形核与附着位点，而后按织构化的方式制备非连续生物活性玻璃涂层，并通过化学转化处理提高涂层致密性及非结晶相占比，最后在织构化的非连续生物活性玻璃涂层上覆盖碳酸化羟基磷灰石层。本发明提供的具有生物活性涂层的植入物不仅能避免涂层开裂和剥落，还可以避免在植入初期发生离子中毒和碱中毒，并可以保持植入后生物活性玻璃涂层的生物活性及稳定降解，并便于骨折愈合后的取出。

Description

一种具有生物活性涂层的植入物及其制造方法
技术领域
本发明涉及医疗设备技术领域，具体是涉及一种具有生物活性涂层的植入物及其制造方法。
背景技术
金属(如不锈钢、钛合金等)内固定系统在治疗骨折方面已取得了巨大成功，其仍是目前使用最广泛的内固定材料，原因在于其强度高、工艺成熟、成本较低，并可方便地改变形状以适应骨的外形轮廓，而且易于保存。但刚性的金属内固定物存在显著的缺陷，即金属内固定物的组织相容性不好。组织相容性不佳来源于金属植入物的腐蚀，即金属离子的释放，释放的金属离子会带来一系列的不良反应，如局部炎症反应和组织坏死等。
生物活性玻璃是一类能对机体组织进行修复、替代与再生，具有能使组织和材料之间形成键合作用的材料。生物活性玻璃最早于1969年由Hench发现，其是由SiO2、CaO、P2O5和Na2O四元成分组成的硅酸盐材料。生物活性玻璃能够促进生长因子的生成、促进细胞的繁衍、增强成骨细胞的基因表达和骨组织的生长，是迄今为止唯一既能够与骨组织成键结合，同时又能与软组织相连接的人工生物材料。已有研究表明：通过在金属植入物表面制备生物活性玻璃涂层可诱导生物活性，显著改善金属内固定物的组织相容性不好的缺陷。
然而，利用等离子喷涂在金属植入物表面制备生物活性玻璃涂层时，由于生物活性玻璃的热膨胀系数与植入物金属基底的热膨胀系数之间存在较大差异，在喷涂过程中热膨胀系数的差异将导致热应力，继而导致涂层与基底的结合强度差，引起涂层开裂和剥落。通过在生物活性玻璃的四元成分中引入K2O或MgO以取代部分Na2O，可以实现生物活性玻璃的热膨胀系数与植入物金属基底的热膨胀系数之间的匹配，进而在植入物金属基底表面上形成具有优化的界面粘合性的生物活性玻璃涂层，但K2O或MgO的引入在优化涂层与基底的结合强度的同时也一并引起生物活性玻璃向结晶相转变的倾向和程度增加，随之使其生物活性降低。
此外，由于生物活性玻璃涂层既能够与骨组织成键结合，同时又能与软组织相连接，涂覆有连续生物活性玻璃涂层的金属内固定物在植入骨折部位后，随着骨长入及软组织的键合，整个内固定物将与骨及软组织逐步形成稳健的固定结合，对骨折愈合后取出内固定物带来一定挑战。
再者，涂覆有生物活性玻璃涂层的金属内固定物在植入骨折部位后，表面涂覆的生物活性玻璃涂层在体液作用下会诱导碳酸化羟基磷灰石层的沉淀和结晶。碳酸化羟基磷灰石层的形成伴随着Na、Ca、Si等离子在短期内的极大量释放与离子交换、以及局部高浓度的OH-积累，将导致局部组织在植入初期离子中毒和碱中毒，以及生物活性玻璃涂层在植入初期的高速降解。
因此，本发明提供一种既能与植入物金属基底形成优越的界面粘合性、又能保持良好生物活性及生物安全性的具有生物活性涂层的植入物，其能够显著改善金属内固定物的生物相容性缺陷，不仅能避免涂层开裂和剥落，还能同时保持优良的生物活性、组织安全性及良好可控的降解速率，也便于骨折愈合后的取出。
发明内容
本发明旨在提供一种具有生物活性涂层的植入物，其不仅能避免涂层开裂和剥落，还能同时保持优良的生物活性、组织安全性及良好可控的降解速率，并便于骨折愈合后的取出。
具体方案如下：
一种具有生物活性涂层的植入物，包括金属植入物和形成于金属植入物表面的生物活性涂层，所述生物活性涂层包括织构化的非连续生物活性玻璃涂层。
进一步地，所述织构化的非连续生物活性玻璃涂层中非结晶相的占比大于75％。
进一步地，所述织构化的非连续生物活性玻璃涂层中非结晶相的占比为80％。
进一步地，所述织构化的非连续生物活性玻璃涂层中各组分以氧化物计的重量百分比为：
Figure BDA0003542797330000031
进一步地，所述织构化的非连续生物活性玻璃涂层中各组分以氧化物计的重量百分比为：
Figure BDA0003542797330000032
Figure BDA0003542797330000041
进一步地，所述织构化的非连续生物活性玻璃涂层的厚度为100-200μm、孔隙率为10-15％、微孔尺寸为10-20μm、与基底的剪切强度为20-30Mpa，并且织构宽度为2-5mm，织构彼此间隙为1-2mm。
进一步地，织构化的非连续生物活性玻璃涂层的织构宽度为3mm，织构彼此间隙为1mm。
进一步地，还包括将非连续生物活性玻璃涂层覆盖的碳酸化羟基磷灰石层。
进一步地，所述生物活性涂层设置于金属植入物贴合骨组织的一侧表面上。
本发明还提供了一种具有生物活性涂层的植入物的制造方法，包括以下步骤：
S1、在洁净的金属植入物的表面上形成多级的微纳米级孔洞结构；
S2、利用等离子体射流喷涂技术按织构化的方式将生物活性玻璃粉料喷涂到经步骤S1处理后的金属植入物表面，以在其表面形成织构化的非连续生物活性玻璃涂层；
S3、对经步骤S2处理后的金属植入物的织构化的非连续生物活性玻璃涂层进行化学转化处理；
S4、对经步骤S3处理后的金属植入物的置于流动的模拟体液中进行动态浸泡处理，以在金属植入物的表面上形成将织构化的非连续生物活性玻璃涂层覆盖的碳酸化羟基磷灰石层；
S5、将经步骤S4处理后的金属植入物彻底干燥，并进行表面火焰加热处理，待金属植入物冷却至室温，即得具有生物活性涂层的植入物。
进一步地，步骤S1中多级的微纳米级孔洞结构由依次进行的喷砂处理和酸蚀处理来实现。
进一步地，喷砂处理的介质为陶瓷砂，喷砂粒径为130μm、喷砂压力为5bar、喷砂距离为1cm。
进一步地，酸蚀处理的温度为70℃，时间为30min，所采用的酸蚀液成分含有硫酸、盐酸、硝酸、乙二醇、酸雾抑制剂和水；其中硫酸的含量为70wt％、盐酸的含量为5wt％、硝酸的含量为3wt％、乙二醇的含量为2wt％、雾化抑制剂的含量为0.05g/L，其余为去离子水。
进一步地，所述酸雾抑制剂为全氟辛基磺酸钾。
进一步地，等离子体射流喷涂的喷涂工艺参数为：
等离子体喷涂主气体为氮气，流量为36-48标准升/分钟；
等离子体喷涂气体为氢气，流量为6-8标准升/分钟；
喷涂距离为95-125mm；
粉末载气为氮气或者氩气，流量为2-10标准升/分钟；
送粉速率为18-25g/min；
喷涂电流为420-500A；
喷涂电压为80-90V。
进一步地，等离子体射流喷涂的喷涂工艺参数为：
等离子体喷涂主气体为氮气，流量为40标准升/分钟；
等离子体喷涂气体为氢气，流量为8标准升/分钟；
喷涂距离为110mm；
粉末载气为氮气或者氩气，流量为5标准升/分钟；
送粉速率为20g/min；
喷涂电流为450A；
喷涂电压为85V。
进一步地，步骤S2中的金属植入物在进行等离子体射流喷涂前置于与其同种金属材质制成的外套内，外套上具有掩模，通过掩模的遮挡而在金属植入物的表面上形成织构化的非连续生物活性玻璃涂层。
进一步地，步骤S2中的生物活性玻璃粉料由以下方式制备：将由溶胶-凝胶法合成的生物活性玻璃溶胶进行干燥、粉碎、球磨及分筛处理，获得粒径60-80μm的粉料，粉料的成分以氧化物计的重量配比为：10-25％的SiO2，10-20％的CaO，1-3％的P2O5，3-8％的Na2O，6-10％的K2O，5-10％的MgO，5-8％的SrO，30-50％的B2O3。
进一步地，生物活性玻璃溶胶由以下方式制备：在去离子水中添加硝酸至溶液pH为1.0，再将硅源、磷源、硼源以及可溶性钙源、钠源、钾源、镁源、锶源按比例加入到溶液中并充分搅拌配制成为水溶胶，水溶胶在80℃下搅拌催化水解4h，并在60℃下密封静置陈化24h，得到生物活性玻璃前驱体溶液；将生物活性玻璃前驱体溶液置于真空干燥箱中，生物活性玻璃前驱体溶液在50℃的真空干燥箱内挥发溶剂并老化至溶胶状得到生物活性玻璃溶胶。
进一步地，所述硅源为正硅酸四乙酯，磷源为磷酸三乙酯，硼源为硼酸，钙源、钠源、钾源、镁源、锶源为对应金属的可溶性金属盐。
进一步地，在进行步骤S3的化学转化处理之前，对经步骤S2处理后的金属植入物的未被喷涂织构化的非连续生物活性玻璃涂层的一侧表面采用耐酸耐碱性的酚醛树脂进行掩膜处理，以只针对金属植入物喷涂有织构化的非连续生物活性玻璃涂层的一侧表面进行化学转化处理。
进一步地，化学转化处理的处理溶液通过分别称取0.3mol磷酸氢二钾和0.5mol硝酸钙，磷酸氢二钾、硝酸钙溶解于去离子水中并经搅拌配制成透明溶液，调节溶液pH值至2，去离子水定容成1000mL的溶液而获得，化学转化处理溶液温度为80℃，处理时间为20min。
进一步地，步骤S4中的模拟体液由以下方式制备：保持容器中的去离子水温度为37℃，按先后顺序向搅拌的去离子水中加入NaCl、NaHCO3、KCl、K2HPO4·3H2O、MgCl2·6H2O、HCl、CaCl2、Na2SO4，再用(CH2OH)3CNH2/HCl调节溶液的pH为7.4。
进一步地，步骤S5中表面火焰加热处理的加热温度为600℃，加热时间为20s。
进一步地，在进行表面火焰加热处理之前，对金属植入物的采用耐酸耐碱性的酚醛树脂进行掩膜处理一侧表面进行去掩膜处理，去掩膜处理通过将经步骤S4处理后的金属植入物浸入有机溶剂中进行去掩膜，其中有机溶剂为乙醇、异丙醇和水的混合溶液，其中乙醇的体积分数为65％，异丙醇的体积分数为1％，剩余为水。
本发明提供的具有生物活性涂层的植入物与现有技术相比具有以下优点：本发明提供的具有生物活性涂层的植入物先通过喷砂酸蚀在其表面形成多级微纳米级孔洞结构，使基体表面获得独有的形貌特征，为后期喷涂生物活性玻璃涂层提供有效的形核与附着位点；通过等离子喷涂按织构化的方式制备织构化的非连续生物活性玻璃涂层，并通过化学转化处理对等离子喷涂表面进行化学转化以提高涂层致密性，最后通过模拟体液动态浸泡处理以在最外层形成碳酸化羟基磷灰石层；本发明提供的具有生物活性涂层的植入物不仅能避免涂层剥落和开裂，还可以避免在植入初期发生离子中毒和碱中毒，并可以保持植入后生物活性玻璃涂层的稳定降解，也便于骨折愈合后的取出。
本发明在SiO2、CaO、P2O5、Na2O四元成分的基础上，通过新增组分及各组分的最优配比构建硅-硼基的少碱含锶体系；通过最优量引入K2O、MgO以减少Na2O的占比，实现生物活性玻璃的热膨胀系数与植入物金属基底的热膨胀系数的最优匹配；通过引入B2O3以将硅酸盐生物活性玻璃中的SiO2置换为以B2O3-SiO2为主要成分的硅-硼酸盐生物活性玻璃，以提高生物活性玻璃涂层中的非结晶相的占比，增加Ca-P层的形成速率；通过引入SrO以进一步增加其生物活性及生物相容性。
附图说明
图1示出了具有生物活性涂层的锁定钢板的局部剖面示意图。
图2示出了本发明的金属植入物背对骨组织的一侧表面的形貌图(电镜扫描图片，放大倍数：300倍)。
图3示出了本发明的金属植入物贴合骨组织的一侧表面的形貌图(电镜扫描图片，放大倍数：300倍)。
具体实施方式
为进一步说明各实施例，本发明提供有附图。这些附图为本发明揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理。配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本发明的优点。图中的组件并未按比例绘制，而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。
现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。
实施例1
本发明提供了一种具有生物活性涂层的植入物，其包括金属植入物和形成于金属植入物表面的生物活性涂层，该生物活性涂层包括织构化的非连续生物活性玻璃涂层以及将织构化的非连续生物活性玻璃涂层覆盖的碳酸化羟基磷灰石层。
参考图1，以金属植入物为锁定钢板为例来举例说明，锁定钢板1贴合骨组织的一侧表面上具有生物活性涂层2，该生物活性涂层2包括织构化的非连续生物活性玻璃涂层21以及将织构化的非连续生物活性玻璃涂层覆盖的碳酸化羟基磷灰石层22。
这里所说织构化的非连续生物活性玻璃涂层是指织构化的生物活性玻璃涂层以非连续的方式布设在金属植入物的表面，也即生物活性玻璃涂层以多个生物活性玻璃涂层斑点的方式形成在金属植入物表层上，且各生物活性玻璃涂层斑点之间可以是完全隔开的，也可以是相邻的两各生物活性玻璃涂层斑点之间有部分区域是相连的；各生物活性玻璃涂层斑点在金属植入物表层上可以是均匀分布，也可以是非均匀分布的，例如，金属植入物在对应软组织的区域上可以减少甚至不具有生物活性玻璃涂层，以在骨折愈合后可以更为方便的取出植入物。
织构化的生物活性玻璃涂层可通过等离子喷涂的方式将生物活性玻璃涂层粉料喷涂在金属植入物表面上来实现，织构化的生物活性玻璃涂层的非连续性可通过将金属植入物装入由同种金属材质制成的外套中，外套的上形成有可变宽度的条形通孔及可变宽度的条形通孔之间的间隙，进而在金属植入物的表面上制备出织构化的非连续生物活性玻璃涂层，以提供内固定物与骨及软组织键合时的波浪型分布的结合力，便于骨折愈合后内固定物的取出。
在织构化的非连续生物活性玻璃涂层上制备碳酸化羟基磷灰石层可通过将表面上制备有织构化的非连续生物活性玻璃涂层置于流动的模拟体液中进行动态浸泡处理，以在金属植入物的表面上形成将织构化的非连续生物活性玻璃涂层覆盖的碳酸化羟基磷灰石层，碳酸化羟基磷灰石层可以避免在植入初期发生离子中毒和碱中毒，并保持植入后生物活性玻璃涂层的稳定降解。
其中织构化的非连续生物活性玻璃涂层中非结晶相的占比优选大于75％，更优选为80％。
由于等离子喷涂过程中的高温熔融环节会导致由硅酸盐生物活性玻璃(如45S5)形成的生物活性玻璃涂层的结晶度增加，进而导致其生物活性降低，本发明通过引入B2O3以将硅酸盐生物活性玻璃中的SiO2置换为B2O3-SiO2为主要成分的硅-硼酸盐生物活性玻璃(B2O3：SiO2≥2：1)，并最终形成具有最优配比的硅-硼基的少碱含锶体系，该体系在经等离子喷涂后所形成的生物活性玻璃涂层仍可保持很低的结晶度，可有效保持其生物活性。
另一优选的，织构化的非连续生物活性玻璃涂层中各组分的重量百分比(以氧化物来进行计量)如下：
Figure BDA0003542797330000101
更优选的，织构化的非连续生物活性玻璃涂层中各组分的重量百分比(以氧化物来进行计量)如下：
Figure BDA0003542797330000102
Figure BDA0003542797330000111
本发明的织构化的非连续生物活性玻璃涂层在SiO2、CaO、P2O5、Na2O四元成分的基础上，通过新增组分及各组分的最优配比来构建硅-硼基的少碱含锶体系。其通过最优量引入K2O、MgO以最大限速地减少Na2O的占比，实现生物活性玻璃的热膨胀系数与植入物金属基底的热膨胀系数的最优匹配；同时通过引入B2O3以将硅酸盐生物活性玻璃中的SiO2置换为以B2O3-SiO2为主要成分的硅硼酸盐生物活性玻璃，以提高生物活性玻璃涂层中的非结晶相的占比，增加表面Ca-P层的形成速率；并通过引入SrO以进一步增加其生物活性及生物相容性。
另一优选的，织构化的非连续生物活性玻璃涂层的厚度为200μm、孔隙率为10％、微孔尺寸为16μm、与基底的剪切强度为23Mpa，并且织构宽度为3mm，织构彼此间隙为1mm。
实施例2
本发明还提供了一种用于制备实施例1中所提供的具有生物活性涂层的植入物的制造方法，其包括以下步骤：
S1、喷砂酸蚀处理：将金属植入物进行酸洗处理，而后将洁净的金属植入物进行多级微纳米处理，以在洁净的金属植入物表面形成具有多级的微纳米级孔洞结构。
在进行喷砂酸蚀处理前先对金属植入物进行清洗处理，其将金属植入物先用丙酮和去离子水清洗，然后在H3PO4、HNO3、HF的混合酸溶液中浸泡10min，再分别用去离子水和无水乙醇清洗，在50℃烘箱内干燥备用。
金属植入物表面的多级的微纳米级孔洞结构由依次进行的喷砂处理和酸蚀处理来实现。其中，喷砂处理可采用陶瓷砂进行喷砂，陶瓷砂组成成分为ZrO2、SiO2、Al2O3，喷砂粒径为130μm、喷砂压力为5bar、喷砂距离为1cm。酸蚀处理的温度为70℃，时间为30min，所采用的酸蚀液成分含有硫酸、盐酸、硝酸、乙二醇、酸雾抑制剂和水。其中，硫酸的含量为70wt％、盐酸的含量为5wt％、硝酸的含量为3wt％、乙二醇的含量为2wt％、雾化抑制剂的含量为0.05g/L，其余为去离子水。酸雾抑制剂优选采用全氟辛基磺酸钾。
S2、等离子喷涂处理：利用等离子体射流喷涂技术按织构化的方式将生物活性玻璃粉料喷涂到经步骤S1处理后的金属植入物表面，以在金属植入物贴合骨组织的一侧表面上形成织构化的非连续生物活性玻璃涂层；
其中，等离子体射流喷涂技术所采用的喷涂工艺参数为：
Figure BDA0003542797330000121
Figure BDA0003542797330000131
在进行等离子体射流喷涂之前，将金属植入物装入由同种金属材质制成的外套中，外套的上具有多个宽度为3mm的条形通孔，条形通孔的彼此间隙为1mm，通过外套上多个条形通孔之间间隙的遮挡，可在金属植入物贴合骨组织的一侧表面上形成织构宽度为3mm、织构彼此间隙为1mm的织构化的非连续生物活性玻璃涂层。
上述的等离子喷涂用生物活性玻璃粉料通过溶胶-凝胶法制备：
在去离子水中添加硝酸至溶液pH为1.0，再将硅源、磷源、硼源以及可溶性钙盐、镁盐、钾盐、钠盐、锶盐加入到溶液中并充分搅拌配制成为水溶胶，其中钙、镁、硅、磷、硼、钠、钾、锶的质量百分比以氧化物计为CaO：MgO：SiO2：P2O5：B2O3：Na2O：K2O：SrO＝16：8：18：2：36：6：8：6，在80℃下搅拌催化水解4h，并在60℃下密封静置陈化24h，得到生物活性玻璃前驱体溶液；将生物活性玻璃前驱体溶液置于真空干燥箱中，生物活性玻璃前驱体溶液在50℃的真空干燥箱内挥发溶剂并老化至溶胶状，再经干燥、粉碎、球磨及分筛处理，获得粒径为60μm、组分及配比(质量百分比)为6％的Na2O、8％的K2O、8％的MgO、16％的CaO、18％的SiO2、36％的B2O3、2％的P2O5、6％的SrO组成的生物活性玻璃粉料。
其中，所述硅源为正硅酸四乙酯，磷源为磷酸三乙酯，硼源为硼酸，钙源、钠源、钾源、镁源、锶源为可溶性金属盐；
S3、化学转化处理：将经步骤S2处理后的金属植入物转入化学反应槽中进行化学转化处理；
其中，在进行化学转化处理之前，对经步骤S2处理后的金属植入物的未被喷涂织构化的非连续生物活性玻璃涂层的一侧表面采用耐酸耐碱性的酚醛树脂进行掩膜处理，以实现只针对金属植入物喷涂有织构化的非连续生物活性玻璃涂层的一侧表面进行化学转化处理。
化学转化处理溶液通过分别称取0.3mol磷酸氢二钾和0.5mol硝酸钙，溶解于去离子水中并经磁力搅拌器搅拌配制成透明溶液，调节溶液pH值至2，去离子水定容成1000mL的溶液而获得；化学转化处理溶液温度为80℃，处理时间为20min。
由于等离子体射流喷涂涂层具有很高孔隙率，并且等离子体射流喷涂过程中的高温熔融环节会导致形成的生物活性玻璃涂层的结晶度增加，所以采用化学转化对等离子体射流喷涂涂层进行转化，以减少织构化的非连续生物活性玻璃涂层的孔隙率，进而提高涂层的致密性，并使结晶相组分分解，生成溶解度较高的非结晶相，以提高非结晶相的占比。此外，化学转化处理有以下优势：
1、不受几何形状的限制，可对形状复杂试样进行表面处理；
2、可以在较低温度下形成结合强度好，厚度可观的保护性涂层，不会影响基体组织和力学性能；
3、制备过程试样表面均暴露在水溶液环境中，保证涂层的完整性。
S4、模拟体液动态浸泡处理：待经步骤S3处理后的金属植入物冷却后，将其置于流动的模拟体液中进行动态浸泡处理，处理时间50min，处理温度为37℃。
其中，模拟体液配制如下：保持容器中的去离子水温度为37℃，按先后顺序向搅拌的去离子水中加入NaCl、NaHCO3、KCl、K2HPO4·3H2O、MgCl2·6H2O、HCl、CaCl2和Na2SO4，再用(CH2OH)3CNH2/HCl调节溶液的pH为7.4，在37℃的洁净环境中保存备用。
S5、表面火焰加热处理：将经步骤S4处理后的金属植入物进行干燥处理，而后进行表面火焰加热处理，加热温度600℃，加热时间20s；而后经漂洗、干燥并缓慢冷却至室温，得到具有生物活性涂层的植入物。
其中，在进行表面火焰加热处理之前，对金属植入物的采用耐酸耐碱性的酚醛树脂进行掩膜处理一侧表面进行去掩膜处理，去掩膜处理通过将经步骤S4处理后的金属植入物浸入有机溶剂中进行去掩膜，其中有机溶剂为乙醇、异丙醇和水的混合溶液，其中乙醇的体积分数为65％，异丙醇的体积分数为1％，剩余为水。
参考图2和图3，其中图2为本发明的金属植入物背对骨组织的一侧表面的扫描电镜形貌图，图3为本发明的金属植入物贴合骨组织的一侧表面的扫描电镜形貌图。由图2中可以看出金属植入物的表面具有多级微纳米级孔洞结构，使基体表面获得独有的形貌特征，为后期喷涂生物活性玻璃涂层以及形成覆盖生物活性玻璃涂层的碳酸化羟基磷灰石层提供有效的形核与附着位点；图3可以看出织构化的非连续生物活性玻璃涂层的致密性好，外面覆盖有碳酸化羟基磷灰石层，并形成有织构边界轮廓。
尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种具有生物活性涂层的植入物的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、在洁净的金属植入物的表面上形成多级的微纳米级孔洞结构；
S2、利用等离子体射流喷涂技术按织构化的方式将生物活性玻璃粉料喷涂到经步骤S1处理后的金属植入物表面，以在其表面形成织构化的非连续生物活性玻璃涂层；
S3、对经步骤S2处理后的金属植入物的织构化的非连续生物活性玻璃涂层进行化学转化处理；
S4、将经步骤S3处理后的金属植入物置于流动的模拟体液中进行动态浸泡处理，以在金属植入物的表面上形成将织构化的非连续生物活性玻璃涂层覆盖的碳酸化羟基磷灰石层；
S5、将经步骤S4处理后的金属植入物彻底干燥，并进行表面火焰加热处理，待金属植入物冷却至室温，即得具有生物活性涂层的植入物。
2.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于：步骤S1中多级的微纳米级孔洞结构由依次进行的喷砂处理和酸蚀处理来实现；其中，酸蚀处理的温度为70℃，时间为30min，所采用的酸蚀液成分含有硫酸、盐酸、硝酸、乙二醇、酸雾抑制剂和水；其中硫酸的含量为70wt％、盐酸的含量为5wt％、硝酸的含量为3wt％、乙二醇的含量为2wt％、雾化抑制剂的含量为0.05g/L，其余为去离子水。
3.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于：步骤S2中的金属植入物在进行等离子体射流喷涂前置于与其同种金属材质制成的外套内，外套上具有掩模，通过掩模的遮挡而在金属植入物的表面上形成织构化的非连续生物活性玻璃涂层。
4.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，步骤S2中的生物活性玻璃粉料由以下方式制备：将由溶胶-凝胶法合成的生物活性玻璃溶胶进行干燥、粉碎、球磨及分筛处理，获得粒径60-80μm的粉料，粉料的成分以氧化物计的重量配比为：10-25％的SiO2，10-20％的CaO，1-3％的P2O5，3-8％的Na2O，6-10％的K2O，5-10％的MgO，5-8％的SrO，30-50％的B2O3。
5.根据权利要求4所述的制造方法，其特征在于，所述的由溶胶-凝胶法合成的生物活性玻璃溶胶的具体制备方式为：在去离子水中添加硝酸至溶液pH为1.0，再将硅源、磷源、硼源以及可溶性钙源、钠源、钾源、镁源、锶源按比例加入到溶液中并充分搅拌配制成为水溶胶，水溶胶在80℃下搅拌催化水解4h，并在60℃下密封静置陈化24h，得到生物活性玻璃前驱体溶液；将生物活性玻璃前驱体溶液置于真空干燥箱中，生物活性玻璃前驱体溶液在50℃的真空干燥箱内挥发溶剂并老化至溶胶状得到生物活性玻璃溶胶。
6.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，在进行步骤S3的化学转化处理之前，对经步骤S2处理后的金属植入物的未被喷涂织构化的非连续生物活性玻璃涂层的一侧表面采用耐酸耐碱性的酚醛树脂进行掩膜处理，以只针对金属植入物喷涂有织构化的非连续生物活性玻璃涂层的一侧表面进行化学转化处理。
7.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，步骤S3中的化学转化处理的处理溶液通过分别称取0.3mol磷酸氢二钾和0.5mol硝酸钙，磷酸氢二钾、硝酸钙溶解于去离子水中并经搅拌配制成透明溶液，调节溶液pH值至2，去离子水定容成1000mL的溶液而获得，化学转化处理溶液温度为80℃，处理时间为20min。
8.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，在进行表面火焰加热处理之前，对金属植入物的采用耐酸耐碱性的酚醛树脂进行掩膜处理的一侧表面进行去掩膜处理，去掩膜处理通过将经步骤S4处理后的金属植入物浸入有机溶剂中进行去掩膜，其中有机溶剂为乙醇、异丙醇和水的混合溶液，其中乙醇的体积分数为65％，异丙醇的体积分数为1％，剩余为水。
9.一种根据权利要求1所述的制造方法获得的具有生物活性涂层的植入物，包括金属植入物和形成于金属植入物表面的生物活性涂层，其特征在于：所述生物活性涂层包括织构化的非连续生物活性玻璃涂层，所述织构化的非连续生物活性玻璃涂层中各组分以氧化物计的重量百分比为：
Figure FDA0003542797320000031
10.根据权利要求9所述的植入物，其特征在于：所述织构化的非连续生物活性玻璃涂层中非结晶相的占比大于75％。
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