生物活性涂层－钛合金人工骨人工关节及制备方法技术

一种生物活性涂层—钛合金人工骨、人工关节以及制备方法，其特征在于钛合金人工骨及人工关节柄部和髋臼部表面涂覆一层底釉，该底釉外表再涂复一层生物活性材料，生物活性材料由羧基磷灰石及生物活性微晶玻璃组成。该人工骨或人工关节植入人体之后使生物活性材料与人体骨之间建立一种骨性结合而实现生物固定，可防止假体松动、下沉，延长人工骨及人工关节使用年限。（*该技术在2009年保护过期，可自由使用*）

Bioactive coating titanium alloy artificial bone artificial joint and preparation method

A bioactive coating of titanium alloy artificial bone and artificial joint and preparation method thereof, which is characterized in that the titanium alloy artificial bone and artificial joint shank and acetabular surface coated with a layer of glaze, the glaze surface and then coated with a layer of bioactive materials, bioactive materials made of carboxyl apatite and biological activity glass ceramics composition. The artificial bone or joint after implantation in the human body between the bioactive materials and human bone to establish a synosteosis and achieve biological fixation, prevent prosthesis loosening and sinking, prolong the service life of artificial bone and artificial joint.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及医用钛合金复合人工骨及人工关节及制备方法。人的骨骼损伤后，往往要用医用合金取代相应部位。医用合金与人骨的连接方法有将锥形体合金压入骨髓腔镶嵌固定;螺钉固定;用聚甲基丙烯酸甲酯固定等。以上方法，均属合金与人骨之间的机械固定。随着植入时间的延长，在合金给予人骨压力的作用下，人骨就会出现损伤，被吸收，从而导致松动、下沉。这是人工骨、人工关节置换术中急待解决的问题。在现有技术中有用等离子喷涂的方法把氧化铝或含钨、磷的材料涂复在合金表面，制成有孔的表面。其目的是使人的骨组织长入孔中实现固定。但等离子喷涂法形成的孔隙，只有50微米，骨组织难以长入。近几年出现把合金表面制成珊瑚状及多孔状，将人骨植入人体之后使骨组织能长入孔中，骨与合金相互嵌合，其效果比其他方法好。但由于合金无活性，骨组织与合金界面还是机械嵌合，其效果不能使人们满意。本专利技术的目的是提供一种生物活性涂层-钛合金人工骨、人工关节以及制备方法，在已有的钛合金人工骨、人工关节基础上，在其表面涂复一层具有生物活性的复合材料，将人工骨或人工关节植入人体之后使生物活性材料与人体骨之间建立一种骨性结合而实现生物固定，防止假体松动、下沉，延长人工骨及人工关节的使用年限。本专利技术的第一个技术解决方案是钛合金人工骨及人工关节柄部和髋臼部表面涂复一层底釉，该底釉外表面再涂复一层生物活性材料，a、钛合金底釉的化学成分范围(重量%)为SiO235～45、B2O35～25、K2O6～18、Na2O4～8、MgO1～6、CaO5～9、P2O54～10、Li2O1～5、CaF20.5～3、Al2O31～3、MnO0.5～2、NiO0.5～2.5、CoO0.5～3，b、生物活性材料由羟基磷灰石和生物活性微晶玻璃组成，其中羟基磷灰石占38～45%(重量比)。c、生物活性微晶玻璃的化学成分范围(重量%)为SiO230～60、CaO10～40、P2O57～20、B2O35～10、K2O2～7、Na2O4～9、Li2O1～5、MgO1～4、TiO21～4、CaF20.5～2。本专利技术另一个技术解决方案是生物活性涂层-钛合金人工骨及人工关节的制备方法，其制备工艺如下(1)采用分析纯或化学纯原料，按比例混合均匀，在1400℃温度下熔融，水淬，再加磨加剂制成底釉料浆，磨加剂由苏州土及碳酸钠组成，底釉料浆各成分及含量为底釉52.5%、苏州土7%、碳酸钠0.5%、水40%(重量比)。(2)将钛合金人工骨或人工关节清洗后，采用浸搪法挂底釉料浆，经干燥后在850～900℃温度下烧成并保温5～10分钟取出冷却。(3)采用分析纯或化学纯原料，按比例混合均匀，在1400～1500℃温度下熔融，水淬，干燥，在900℃温度条件下保温4小时，微晶化处理，自然冷却，经粉碎，过筛(160～200目)，即成生物活性微晶玻璃。(4)将羟基磷灰石粉与生物活性微晶玻璃粉按比例混合均匀得生物活性材料，再按重量%加入生物活性材料50%，蔗糖5%、水45%，制成生物活性料浆。(5)将涂有底釉的钛合金人工骨或人工关节用浸搪法或浇注的方法涂上生物活性材料，经干燥送入电炉中在850～890℃温度和还原气氛中烧结5分钟，然后停止加热自然冷却。烧结生物活性材料时，在电炉中用水蒸汽或水，一氧化碳、氢气保持还原气氛。生物活性涂层材料必须具备生物活性，故使其成分限制在一定的范围内。这样，其膨胀系数与钛合金相差甚大，且密着性也不好，不能直接涂复在钛合金表面。必须有过渡层，即将底釉先涂在钛合金表面，然后再把生物活性材料烧结在底釉表面上。对底釉的要求是，其成分对人体无毒性;生物相容性好;其膨胀系数应为钛合金膨胀系数的60～80%;其烧成温度应略高于生物活性复合材料的烧成温度。本专利技术底釉的膨胀系数为307×10-7/℃其烧成温度为900℃。本方法使用的羟基磷灰石采用硝酸钙、磷酸钾、氢氧化钾反应合成。合成产物首先生成分散相，再经诱导晶化生成羟基磷灰石。将产物干燥，煅烧后粉碎过筛(160～200目)。羟基磷灰石具有优良的生物活性。但烧结困难，且强度低，难以单独涂复在钛合金表面。为此，把生物活性微晶玻璃与羟基磷灰石混合烧结，以改善烧结性能，并提高强度。这种生物活性微晶玻璃的成分能析出磷灰石及硅灰石等晶相。生物活性微晶玻璃的膨胀系数应是钛合金的60～70%，本专利技术生物活性微晶玻璃的膨胀系数为287×10-7/℃。该生物活性材料烧结之后形成孔径范围为数拾微米到400微米的孔隙，孔隙率为20～30%。因此，将生物活性涂层-钛合金人工骨或人工关节植入人体之后人骨可长入生物活性材料的孔隙中形成骨性结合而实现生物固定。本专利技术的生物活性材料生物相容性好，且有骨组织宜长入的孔隙，将生物活性涂层-钛合金人工骨或人工关节植入人体之后，人体骨可以长入生物活性复合涂层的孔隙中。故人体与人工骨或人工关节成为一体，建立骨性结合，实现了生物固定，较好地解决了植入假体之后假体松动与下沉的问题。 附图说明图1为本专利技术人工关节的示意图。图2为生物活性复合材料与骨组织界面扫描电镜照片。图3为生物活性复合材料中的骨胶元纤维的扫描电镜照片。图4为生物活性复合材料表面见骨细胞的扫描电镜照片。图5为生物活性复合材料与骨组织结合的断面照片。图6为生物活性复合材料与骨组织结合界面电子探针成分分析图。图7为生物活性材料断面孔隙照片。图8为生物活性材料正交下晶体显微照片。结合附图及实例进一步说明本专利技术的技术解决方案(1)熔制底釉采用分析纯或化学纯原料按重量%分别取SiO242.83、B2O311.79、Na2O7.86、K2O8.84、MgO3.73、CaO8.84、P2O57.86、Li2O1.96、CaF20.79、Al2O31.96、MnO0.79、NiO0.79、CoO1.96混合均匀，在1400℃温度下熔融2小时，水淬得底釉材料。然后按重量%加入底釉52.5%，苏州土7%，碳酸钠0.5%，水40%混合均匀磨制即为底釉料浆。(2)合成羟基磷灰石用化学纯0.08MKOH、0.04MCa(No3)2、0.24MK3PO4混合均匀，搅拌，并保持PH为9制得羟基磷灰石，经干燥，煅烧后粉碎过筛(160～200目)。(3)生物活性微晶玻璃的制取采用分析纯或化学纯按重量百分比取SiO245.78、CaO20.36、P2O510.68、B2O38.14、Na2O7.12MgO2.03、Li2O2.03、CaF21.83、TiO22.03混合均匀，在1450℃熔融保温1小时后水淬，干燥，在900℃温度条件下保温4小时，微晶化处理，自然冷却，经粉碎，过筛(160～200目)，即成生物活性微晶玻璃粉。(4)烧制生物活性涂层。①将钛合金人工骨或人工关节柄部和髋臼部清洗后，用浸搪法挂底釉，经干燥后，在900℃温度下烧成保温5分钟取出冷却。②将羟基磷灰石粉与生物活性微晶玻璃粉按比例混合均匀制成生物活性材料。再按重量%加入生物活性材料50%、蔗糖5%、水45%，制成生物活性料浆。③将涂有底釉的钛合金人工骨或人工关节采用浸搪法挂涂生物活性浆料，经干燥送入电炉中在890℃温度下通入水蒸汽、水、一氧化碳或氢气保持还原气氛中烧结5分钟，然后停止加热自然冷却。附图1中可以看到本专利技术人工关节的结构，图1中1为钛合金臼，2为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种生物活性涂层—钛合金人工骨、人工关节，其特征在于钛合金人工骨及人工关节柄部和髋臼部表面涂复一层底釉，该底外表面再涂复一层生物活性材料，ａ、钛合金底釉的化学成分范围（重量％）为：ＳｉＯ↓〔２〕３５～４５、Ｂ↓〔２〕Ｏ↓〔３〕５～２５、 Ｋ↓〔２〕Ｏ６～１８、Ｎａ↓〔２〕Ｏ４～８、ＭｇＯ１～６、ＣａＯ５～９、Ｐ↓〔２〕Ｏ↓〔５〕４～１０、Ｌｉ↓〔２〕Ｏ１～５、ＣａＦ↓〔２〕０．５～３、Ａｌ↓〔２〕Ｏ↓〔３〕１～３、ＭｎＯ０．５～２、ＮｉＯ０．５～２．５、ＣｏＯ０．５～３，　　ｂ、生物活性材料由羟基磷灰面和生物活性微晶玻璃组成，其中羟基磷灰石占３８～４５％（重量比），ｃ、生物活性微晶玻璃的化学成分范围（重量％）为：ＳｉＯ↓〔２〕３０～６０、ＣａＯ１０～４０、Ｐ↓〔２〕Ｏ↓〔５〕７～２０、Ｂ↓〔２〕Ｏ↓〔３〕 ５～１０、Ｋ↓〔２〕Ｏ２～７、Ｎａ↓〔２〕Ｏ４～９、Ｌｉ↓〔２〕Ｏ１～５、ＭｇＯ１～４、ＴｉＯ↓〔２〕１～４、ＣａＦ↓〔２〕０．５～２。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：武广富，卢纯华，
申请(专利权)人：齐齐哈尔轻工学院，
类型：发明
国别省市：23[中国|黑龙江]