本发明专利技术公开了一种在体内环境中具有磨损自修复功能的碳薄膜生物材料制备方法，表面清洗后的人工器官置于0.5～5.0Pa含氩气体的真空室内，在工件上施加-10～-200V的偏压，开启溅射电源，石墨靶溅射平均功率为3W/cm2～10W/cm2，金属靶上的溅射平均功率为1W/cm2～3W/cm2，在人工器官工件表面制得目标物-掺金属的碳薄膜生物材料(Me-DLC)，其中金属元素的原子百分比为1％～10％。所得碳薄膜生物材料(Me-DLC)具有良好的磨损自修复功能，对发生摩擦磨损的碳薄膜生物材料(Me-DLC)进行修复。通过石墨层对碳基薄膜的修复，有效地减少了人工器官界面腐蚀，显著提高人工器官的使用寿命。本发明专利技术在Me-DLC薄膜制备过程中，所运用的设备主要是磁控溅射沉积设备、阴极磁过滤弧源-电子回旋共振沉积设备，其工艺稳定、环保，镀出的薄膜层符合欧盟RoHS标准。
【技术实现步骤摘要】
:本专利技术属于生物医学工程、生物材料技术，尤其是在体内环境中具有磨损自修复功能的碳薄膜生物材料制备方法。
技术介绍
：人工椎间盘、人工关节需要在体内长时间服役(10年以上，甚至可能达30年以上)，服役过程中头-臼结构相对摩擦运动可达数千万次，摩擦导致的磨损不仅仅会使头-臼结构尺寸发生改变，最主要的危害是磨损过程中产生各种磨屑及金属离子会导致炎症反应及假体失效【1.MatevzTopolovec,AndrejC,IngridMilos.Metal-on-metalvs.metal-on-polyethylenetotalhiparthroplastytribologicalevaluationofretrievedcomponentsandperiprosthetictissue.journalofthemechanicalbehaviorofbiomedicalmaterials34(2014)243–252.】。为了提高人工椎间盘、人工关节的体内耐磨损性能及耐腐蚀性能、降低磨屑的产生及金属离子的释放，研究者采用各种表面改性的方法，在人工器官的摩擦配副表面制备氮化物薄膜(CrN、TiN/CrN、TiAlN等)【2.Ortega-Saenz,M.A.L.Hernandez-Rodrigueza,V.Ventura-Sobrevilla,R.Michalczewski,J.Smolik,M.Szczerek.Wear271(2011)2125–2131.；3.F.Yildiz,A.F.Yetim,A.Alsaran,I.Efeoglu..Wear267(2009)695–701.】或者采用离子注入方法(氧离子【4.J.A.García,C.Díaz,S.J.Lutz,R.Martínez,R.J.Rodríguez.Surface&CoatingsTechnology204(2010)2928–2932.】、氮离子【5.Ortega-Saenz,M.A.L.Hernandez-Rodrigueza,V.Ventura-Sobrevilla,R.Michalczewski,J.Smolik,M.Szczerek.Wear271(2011)2125–2131.】、碳离子【6.CuiFZ,LiDJ.SurfaceandCoatingsTechnology,2000,131:481-487.】注入等)在金属材料表面形成陶瓷表面改性层，提高金属配副摩擦表面硬度、耐腐蚀性，但是由于形成的氮化物层及氧化物层摩擦系数大，对关节耐磨性提高幅度有限，迄今为止尚未成功实现临床应用。研究者对回收自患者体内的金属-金属(MOM)人工髋关节进行检测发现，在对磨副表面形成了一层“生物薄膜，biofilms”，这层生物薄膜可以降低MOM关节的磨损，同时可以阻止金属关节的腐蚀【7.M.A.Wimmer,SprecherC,HauertR,G,FischerA.Tribochemicalreactiononmetal-on-metalhipjointbearingsAcomparisonbetweenin-vitroandin-vivoresults.Wear2003；255:1007-14；8.Y.Liao,R.Pourzal,M.A.Wimmer,J.J.Jacobs,A.Fischer,L.D.Marks,Graphitictribologicallayersinmetal-on-metalhipreplacements,Science334(2011)1687–1690.】，进一步研究表明，这层“生物薄膜”是一层石墨结构的碳薄膜，其主要来源于体内蛋白质的分解。金属关节体内服役时，磨损释放出金属(Co、Cr、Mo等)，这些金属离子能够有效地催化生理介质中的蛋白质(球蛋白、白蛋白等)降解，形成含碳的“生物薄膜”【9.MartinEJ,PourzalR,MathewMT,ShullKR.Dominantroleofmolybdenumintheelectrochemicaldepositionofbiologicalmacromoleculesonmetallicsurfaces.Langmuir:theACSjournalofsurfacesandcolloids.2013；29:4813-22.】，并且该生物薄膜在摩擦力的剪切作用下能转化为石墨润滑层，进而对金属关节摩擦副起到良好的润滑作用，同时这层石墨层能够对金属关节起到良好的保护作用，降低金属关节的腐蚀【10.WimmerMA,LaurentMP,MathewMT,NagelliC,LiaoY,MarksLD,etal.TheeffectofcontactloadonCoCrMowearandtheformationandretentionoftribofilms.Wear.2015；332-333:643-9.】。
技术实现思路
本专利技术的目的是，提供一种在体内环境中具有磨损自修复功能的碳薄膜生物材料制备方法。通过磁控溅射(金属弧源沉积、离子镀、化学气相沉积等方法)制备出一种能和金属或者陶瓷基体表面结合牢固、致密度高且具有磨损自修复功能的掺杂金属的碳基薄膜生物材料(Me-DLC)，从而显著降低人工器官摩擦副的磨损，提高人工器官的使用寿命。本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种在体内环境中具有磨损自修复功能的掺杂金属碳薄膜生物材料制备方法，在人工器官工件表面形成掺杂一定含量的金属元素的碳薄膜生物材料Me-DLC,使碳薄膜生物材料Me-DLC在生物体内具有自修复功能,包含如下主要制备步骤:A、工件表面清洗干净后放置到真空室中，真空达到6×10-3Pa以上，向真空室内通入氩气，辉光放电形成等离子体并对工件表面、石墨靶和金属靶材进行溅射清洗，关闭氩气；B、将A处理后的工件放入真空室内,向真空室通入含氩气体，使真空室气压为0.5～5.0Pa，在工件上施加-10～-200V的偏压，开启溅射电源，石墨靶溅射平均功率为3W/cm2～10W/cm2，金属靶上的溅射平均功率为1W/cm2～3W/cm2，在人工机体工件表面制得目标物掺金属的碳薄膜生物材料Me-DLC，其中金属元素的原子百分比为1％～10％。本专利技术的方法也可更细致地表达为如下的方案：A、工件及靶材表面清洗：将工件在在丙酮和乙醇中分别超声清洗10分钟，然后在空气中烘干备用；将工件固定在金属基片上,放入磁控溅射设备的真空室中，通过前级泵和分子泵将真空抽至6×10-3Pa；向真空室内通入氩气，使真空室气压为0.5～5.0Pa，在工件表面施本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种在体内环境中具有磨损自修复功能的掺杂金属碳薄膜生物材料制备方法，在人工器官工件表面形成掺杂一定含量的金属元素的碳薄膜生物材料Me‑DLC,使碳薄膜生物材料Me‑DLC在生物体内具有自修复功能,包含如下主要制备步骤:A、工件表面清洗干净后放置到真空室中，真空达到6×10‑3Pa以上，向真空室内通入氩气，辉光放电形成等离子体并对工件表面、石墨靶和金属靶材进行溅射清洗，关闭氩气。B、将A处理后的工件放入真空室内,向真空室通入含氩气体，使真空室气压为0.5～5.0Pa，在工件上施加‑10～‑200V的偏压，开启溅射电源，石墨靶溅射平均功率为3W/cm2～10W/cm2，金属靶上的溅射平均功率为1W/cm2～3W/cm2，在人工器官工件表面制得目标物‑掺金属的碳薄膜生物材料Me‑DLC，其中金属元素的原子百分比为1％～10％。
【技术特征摘要】
1.一种在体内环境中具有磨损自修复功能的掺杂金属碳薄膜生物材料制备方法，在人工器
官工件表面形成掺杂一定含量的金属元素的碳薄膜生物材料Me-DLC,使碳薄膜生物材料
Me-DLC在生物体内具有自修复功能,包含如下主要制备步骤:
A、工件表面清洗干净后放置到真空室中，真空达到6×10-3Pa以上，向真空室内通入氩
气，辉光放电形成等离子体并对工件表面、石墨靶和金属靶材进行溅射清洗，关闭氩气。
B、将A处理后的工件放入真空室内,向真空室通入含氩气体，使真空室气压为
0.5～5.0Pa，在工件上施加-10～-200V的偏压，开启溅射电源，石墨靶溅射平均功率为
3W/cm2～10W/cm2，金属靶上的溅射平均功率为1W/cm2～3W/cm2，在人工器官工件表面制得目
标物-掺金属的碳薄膜生物材料Me-DLC，其中金属元素的原子百分比为1％...
【专利技术属性】
技术研发人员：冷永祥，邓乔元，武冰洁，陈俊英，王进，杨苹，黄楠，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：四川;51
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