專利名稱：復(fù)合結(jié)構(gòu)生物活性功能涂層的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及復(fù)合結(jié)構(gòu)生物活性功能涂層，尤其涉及用于關(guān)節(jié)置換用假體上的復(fù)合結(jié)構(gòu)生物活性功能涂層。
背景技術(shù)：
在關(guān)節(jié)置換領(lǐng)域中，為了增強(qiáng)關(guān)節(jié)假體的長期穩(wěn)定性，一般是在金屬假體表面上施加多孔鈦涂層，利用長入該多孔鈦涂層的孔隙中的骨組織，起到生物固定的作用。另外，為了促進(jìn)骨組織的長入，往往在多孔鈦涂層上施加能夠誘導(dǎo)骨組織長入的羥基磷灰石或β-TCP涂層。目前，在本領(lǐng)域中，主要采用等離子噴涂工藝在多孔鈦涂層上施加羥基磷灰石涂層或β-TCP涂層。存在的問題是羥基磷灰石或β-TCP涂層和鈦涂層的結(jié)合強(qiáng)度不夠，可能存在羥基磷灰石或β-TCP涂層脫落的問題。本發(fā)明采用包括鉭涂層的復(fù)合結(jié)構(gòu)生物活性功能涂層解決了這一問題。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，公開了位于金屬基體上的復(fù)合結(jié)構(gòu)生物活性功能涂層，包括位于該金屬基體上的第一鈦金屬涂層、位于該第一鈦金屬涂層上的鉭金屬涂層、和位于該鉭金屬涂層上的羥基磷灰石或β -TCP生物活性涂層。根據(jù)本發(fā)明的又一實(shí)施方案，本發(fā)明涉及位于金屬基體上的復(fù)合結(jié)構(gòu)生物活性功能涂層，包括位于該金屬基體上的第一鈦金屬涂層、位于第一鈦金屬涂層上的第二多孔鈦金屬涂層、位于該第二鈦金屬涂層上的鉭金屬涂層、和位于該鉭金屬涂層上的羥基磷灰石或β -TCP生物活性涂層。
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根據(jù)本發(fā)明的又一實(shí)施方案，本發(fā)明涉及位于金屬基體上的復(fù)合結(jié)構(gòu)生物活性功能涂層，包括厚度為15-50 μ m的第一致密鈦金屬涂層；厚度為25-75 μ m、孔隙尺寸為100-150 μ m的第二鈦金屬涂層；厚度為50-150 μ m、孔隙尺寸為150-300 μ m的鉭金屬涂層；厚度為40-100 μ m、孔隙尺寸為100-250 μ m的羥基磷灰石或β -TCP生物活性涂層。根據(jù)本發(fā)明的又一實(shí)施方案，本發(fā)明涉及人工髖關(guān)節(jié)置換用假體，包括由符合外科植入用ISO標(biāo)準(zhǔn)的醫(yī)用鈦合金制成的金屬基體和位于所述金屬基體上的復(fù)合結(jié)構(gòu)生物活性功能涂層。本發(fā)明從物理結(jié)合方面與生物相容性方面考慮，制備了上述復(fù)合結(jié)構(gòu)的生物活性涂層。鉭涂層與鈦涂層相比，和羥基磷灰石或β-TCP涂層結(jié)合更牢固。同時，鉭涂層的力學(xué)性能和鈦涂層不同，因而和僅僅包含鈦涂層和羥基磷灰石(或β-TCP涂層)的復(fù)合涂層相比，改善了髖關(guān)節(jié)假體整體的彈性模量，進(jìn)而改善了髖關(guān)節(jié)假體的整體生物力學(xué)性能。在本發(fā)明中，由于等離子噴涂工藝的限制，描述涂層厚度的數(shù)值應(yīng)該理解為實(shí)際上是指“所述數(shù)值X (100% ±10% )”。在本發(fā)明中，“致密”是指孔隙率小于10% (體積)，反之則為“多孔的”。
具體實(shí)施例方式通過以下實(shí)施例進(jìn)一步具體地闡述本發(fā)明，但本發(fā)明不限于這些實(shí)施例。鈦合金基體表面處理在本發(fā)明的比較實(shí)施例和實(shí)施例中，符合IS05832-3的鈦合金基體用氧化鋁顆粒進(jìn)行噴砂處理，使表面粗糙并除去表面層，然后用丙酮清洗，準(zhǔn)備進(jìn)行噴涂。等離子體噴涂處理在本發(fā)明的實(shí)施例中，采用真空等離子噴涂設(shè)備，瑞典的A-3000等離子噴涂機(jī)，進(jìn)行噴涂。機(jī)械手為ABB公司的IRB-6型，可以在真空室內(nèi)自動控制。對比實(shí)施例1將鈦合金關(guān)節(jié)柄用粒度為50目的氧化鋁噴砂處理4分鐘，使表面變得粗糙并除去表面層。然后放入等離子體真空室，抽真空到O. 133Pa,然后充Ar。噴槍距關(guān)節(jié)柄300mm,等離子體預(yù)熱該關(guān)節(jié)柄4分鐘，達(dá)到約400°C，等離子體濺射清洗4分鐘。由送粉器送入300目的Ti粉在電壓60V、600A下噴涂到25μπι致密層。外層噴涂β-TCP用60目的β-TCP粉，在60V、600A下噴涂厚度為50 μ m、平均孔徑為150 μ m。待冷卻后，取出噴涂有復(fù)合結(jié)構(gòu)生物活性涂層的鈦合金關(guān)節(jié)柄。依據(jù)IS013779-4測得β -TCP涂層的結(jié)合強(qiáng)度為35MPa。對比實(shí)施例2 將鈦合金關(guān)節(jié)柄用粒度為50目的氧化鋁噴砂處理4分鐘，使表面變得粗糙并除去表面層。然后放入等離子體真空室，抽真空到O. 133Pa,然后充Ar。噴槍距關(guān)節(jié)柄300mm,等離子體預(yù)熱該關(guān)節(jié)柄4分鐘，達(dá)到約400°C，等離子體濺射清洗4分鐘，由送粉器送入300目的Ti粉在電壓60V、600A下噴涂到25 μ m致密層，再用150目的Ti粉在60V、600A下噴涂到50 μ m厚度的平均孔徑為150 μ m的多孔層。外層噴涂β -TCP用60目的β -TCP粉，在60V、600A下噴涂厚度為50 μ m、平均孔徑為150 μ m。待冷卻后，取出噴涂有復(fù)合結(jié)構(gòu)生物活性涂層的鈦合金關(guān)節(jié)柄。依據(jù)IS013779-4測得β -TCP涂層的結(jié)合強(qiáng)度為50MPa。實(shí)施例1將鈦合金關(guān)節(jié)柄用粒度為50目的氧化鋁噴砂處理4分鐘，使表面變得粗糙，除去表面層。然后放入等離子體真空室，抽真空到O. 133Pa,然后充Ar。噴槍距關(guān)節(jié)柄300mm,等離子體預(yù)熱該關(guān)節(jié)柄4分鐘，達(dá)到約400°C，等離子體濺射清洗4分鐘，由送粉器送入300目的Ti粉在電壓60V、600A下噴涂到25 μ m致密層，再用60目的鉭粉在60V、600A下噴到厚度100 μ m、平均孔徑為200 μ m的多孔層。外層噴涂β -TCP用60目的β -TCP粉，在60V、600A下噴涂厚度為50 μ m，平均孔徑為150 μ m。待冷卻后，取出噴涂有復(fù)合結(jié)構(gòu)生物活性涂層的鈦合金關(guān)節(jié)柄。依據(jù)IS013779-4測得β -TCP涂層的結(jié)合強(qiáng)度為80MPa。實(shí)施例2將鈦合金關(guān)節(jié)柄用粒度為50目的氧化鋁噴砂處理4分鐘，使表面變得粗糙，除去表面層。然后放入等離子體真空室，抽真空到O. 133Pa,然后充Ar。噴槍距關(guān)節(jié)柄300mm,等離子體預(yù)熱該關(guān)節(jié)柄4分鐘，達(dá)到約400°C，等離子體濺射清洗4分鐘，由送粉器送入300目的Ti粉在電壓60V、600A下噴涂到25 μ m致密層，再用150目的Ti粉在60V、600A下噴涂到50 μ m厚度的平均孔徑為150 μ m的多孔層，接著用60目的鉭粉在60V、600A下噴到厚度100 μ m、平均孔徑為200 μ m的多孔層。外層噴涂β -TCP用60目的β -TCP粉，在60V、600A下噴涂厚度為50 μ m，平均孔徑為150 μ m。待冷卻后，取出噴涂有復(fù)合結(jié)構(gòu)生物活性涂層的鈦合金關(guān)節(jié)柄。依據(jù)IS013779-4測得β-TCP涂層的結(jié)合強(qiáng)度為lOOMPa。實(shí)施例3將鈦合金關(guān)節(jié)柄用粒度為50目的氧化鋁噴砂處理4分鐘，使表面變得粗糙，除去表面層。然后放入等離子體真空室，抽真空到O. 133Pa,然后充Ar。噴槍距關(guān)節(jié)柄300mm,等離子體預(yù)熱該關(guān)節(jié)柄4分鐘，達(dá)到約400°C，等離子體濺射清洗4分鐘，由送粉器送入300目的Ti粉在電壓60V、600A下噴涂到35μπι致密層，再用150目的Ti粉在60V、600A下噴涂到60 μ m厚度的平均孔徑為150 μ m的多孔層，接著用60目的鉭粉在60V、600A下噴到厚度80 μ m、平均孔徑為200 μ m的多孔層。外層噴涂β -TCP用60目的β -TCP粉，在60V、600A下噴涂厚度為80 μ m,平均孔徑為150 μ m。待冷卻后，取出噴涂有復(fù)合結(jié)構(gòu)生物活性涂層的鈦合金關(guān)節(jié)柄。依據(jù)IS013779-4測得β -TCP涂層的結(jié)合強(qiáng)度為95MPa。實(shí)施例4將鈦合金關(guān)節(jié)柄用粒度為50目的氧化鋁噴砂處理4分鐘，使表面變得粗糙，除去表面層。然后放入等離子體真空室，抽真空到O. 133Pa,然后充Ar。噴槍距關(guān)節(jié)柄300mm,等離子體預(yù)熱該關(guān)節(jié)柄4分鐘，達(dá)到約400°C，等離子體濺射清洗4分鐘，由送粉器送入300目的Ti粉在電壓60V、600A下噴涂到25 μ m致密層，再用150目的Ti粉在60V、600A下噴涂到50 μ m厚度的平均孔徑為150 μ m的多孔層，接著用60目的鉭粉在60V、600A下噴到厚度100 μ m、平均孔徑為200 μ m的多孔層。外層噴涂羥基磷灰石用60目的羥基磷灰石粉，在60V、600A下噴涂厚度為50 μ m ，平均孔徑為145 μ m。待冷卻后，取出噴涂有復(fù)合結(jié)構(gòu)生物活性涂層的鈦合金關(guān)節(jié)柄。依據(jù)IS013779-4測得羥基磷灰石涂層的結(jié)合強(qiáng)度為lOOMPa。
權(quán)利要求
1.位于金屬基體上的復(fù)合結(jié)構(gòu)生物活性功能涂層，包括位于該金屬基體上的第一鈦金屬涂層、位于該第一鈦金屬涂層上的鉭金屬涂層、和位于該鉭金屬涂層上的羥基磷灰石或β -TCP生物活性涂層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的復(fù)合結(jié)構(gòu)生物活性功能涂層，其中所述第一鈦金屬涂層是厚度為15-50 μ m的致密涂層。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的復(fù)合結(jié)構(gòu)生物活性功能涂層，其中在所述第一鈦金屬涂層和鉭金屬涂層之間還施加有第二多孔鈦金屬涂層。
4.權(quán)利要求3的復(fù)合結(jié)構(gòu)生物活性功能涂層，其中該第二多孔鈦金屬涂層的厚度為25-75 μ m，平均孔徑為100-150 μ m;該鉭金屬涂層的厚度為50-150 μ m，平均孔徑為150-300 μ m ;該羥基磷灰石或β -TCP生物活性涂層的厚度為40-100 μ m，平均孔徑為100-250 μ mD
5.權(quán)利要求4的復(fù)合結(jié)構(gòu)生物活性功能涂層，其中該第一鈦金屬涂層的厚度為20-40 μ m ;該第二多孔鈦金屬涂層的厚度為40-60 μ m ;該鉭金屬涂層的厚度為80-120 μ m ；該羥基磷灰石或β -TCP生物活性涂層的厚度為40-80 μ m。
6.權(quán)利要求5的復(fù)合結(jié)構(gòu)生物活性功能涂層，其中該第一鈦金屬涂層的厚度為20-30μπι;該第二多孔鈦金屬涂層的厚度為40-60μπι;該鉭金屬涂層的厚度為100-120 μ m ;該羥基磷灰石或β -TCP生物活性涂層的厚度為50-80 μ m。
7.權(quán)利要求6的復(fù)合結(jié)構(gòu)生物活性功能涂層，其中該羥基磷灰石或β-TCP生物活性涂層的厚度為50-60 μ m。
8.權(quán)利要求7的復(fù)合結(jié)構(gòu)生物活性功能涂層，其中該第一鈦金屬涂層的厚度為25μ m ;該第二多孔鈦涂層的厚度為50 μ m;該鉭金屬涂層的厚度為100 μ m;該羥基磷灰石或β -TCP生物活性涂層的厚度為50 μ m。
9.權(quán)利要求1-8任一的復(fù)合結(jié)構(gòu)生物活性功能涂層，其中所述金屬基體是人工髖關(guān)節(jié)置換用的關(guān)節(jié)柄或曰杯，由符合外科植入用ISO標(biāo)準(zhǔn)的醫(yī)用鈦合金制成。
10.人工髖關(guān)節(jié)置換用假體，包括由符合外科植入用ISO標(biāo)準(zhǔn)的醫(yī)用鈦合金制成的金屬基體和位于所述金屬基體上的根據(jù)權(quán)利要求1-8任一的復(fù)合結(jié)構(gòu)生物活性功能涂層。
全文摘要
本發(fā)明公開了復(fù)合結(jié)構(gòu)生物活性功能涂層，尤其公開了位于金屬基體上的復(fù)合結(jié)構(gòu)生物活性功能涂層，包括位于該金屬基體上的第一鈦金屬涂層、位于該第一鈦金屬涂層上的鉭金屬涂層、和位于該鉭金屬涂層上的羥基磷灰石或β-TCP生物活性涂層。
文檔編號A61L27/30GK103041449SQ201210593648
公開日2013年4月17日 申請日期2012年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月19日
發(fā)明者田杰謨, 曹小剛, 張琳 申請人:北京固圣生物科技有限公司