一种钛表面多孔结构层生物活性陶瓷膜的制备方法技术

本发明专利技术公开的一种钛表面多孔结构层生物活性陶瓷膜的制备方法，具体包括以下步骤：步骤1、利用粉末冶金法在钛或钛合金植入体基体表面制备多孔结构层；步骤2、在经步骤1得到的多孔结构层的孔表面形成含钙和磷的二氧化钛膜；步骤3、在经步骤2得到的多孔结构层的孔外表面上制备羟基磷灰石层，得到钛表面多孔结构层生物活性陶瓷膜。多孔结构层具有比实体结构植入体低的弹性模量，相当于在植入体和周围骨组织之间形成了缓冲层，改善了植入体与骨组织界面的应力分布，缓冲骨组织与植入体间的压力，有效解决了实体结构植入体的应力集中问题。

【技术实现步骤摘要】
一种钛表面多孔结构层生物活性陶瓷膜的制备方法
本专利技术属于生物医用植入体
，涉及一种钛表面多孔结构层生物活性陶瓷膜的制备方法。
技术介绍
以钛(包括纯钛和钛合金)作为基体材质制备生物医用植入体技术已经得到广泛应用，但将纯钛或钛合金材质植入体不做表面处理直接植入生物体后，植入体与周围骨组织的结合形式主要是机械嵌合，即植入体与周围骨组织只能是在宏观层面的结合，微观上植入体不平整的表面与骨组织不平整的表面只是在局部区域结合，由于纯钛或钛合金表面的弹性模量与骨组织的弹性模量不一致，这就会导致在结合处产生应力集中，对植入体和骨组织均会产生破坏作用导致植入失败。为了解决这一问题，人们在植入体表面沉积生物活性层，诱导骨生长从而使骨组织与植入体在微观层面实现紧密结合。目前，广泛采用的技术是在植入体表面沉积生物活性物质羟基磷灰石(HA)层。这一技术存在如下问题：在植入初期，骨组织还未能与植入体形成微观结合，而纯钛或钛合金表面的弹性模量与骨组织的弹性模量不一致，即应力集中的问题依然存在，应力的作用会导致骨组织的慢性疲劳。另外，应力还会使生物活性层发生崩解，崩解的生物活性层颗粒在植入体周围积聚后，可激发各种吞噬细胞反应，吞噬细胞吞噬颗粒后，可分泌多种与骨吸收有关的细胞因子和炎性介质，刺激破坏骨细胞进行骨吸收，导致植入体松动，而松动的植入体又加剧了生物活性层的崩解，形成恶性循环。尽管可以在植入初期使植入体不承受载荷直到骨组织生长与植入体形成微观结合，这一时期即临床上的无负荷期，但比较长的无负荷期会增加病患的痛苦。为此，人们通过粉末冶金法等技术制备多孔结构的植入体，即钛或钛合金植入体本身具有多微小的孔结构，这会降低植入体表面的弹性模量，进而减小应力集中发生的可能性。但这种方案也带来如下问题：多孔植入体内部的孔结构内表面难以加工形成氧化膜，而在体液和负载条件下，纯钛或钛的合金的耐腐蚀性较差，腐蚀比较严重，容易向肌体释放金属离子，对受体的健康造成不利影响；另外，多孔结构植入体本身的强度还是要低于实体结构植入体的强度，这不利于植入体长时间承受载荷。从这一点来看，实体结构的植入体还是比较好的选择，但是实体结构植入体存在的表面弹性模量高的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种钛表面多孔结构层生物活性陶瓷膜的制备方法，解决了现有的实体结构植入体存在的表面弹性模量高的问题。本专利技术所采用的技术方案是，一种钛表面多孔结构层生物活性陶瓷膜的制备方法，具体包括以下步骤：步骤1、利用粉末冶金法在钛或钛合金植入体基体表面制备多孔结构层；步骤2、在经步骤1得到的多孔结构层的孔表面形成含钙和磷的二氧化钛膜；步骤3、在经步骤2得到的多孔结构层的孔外表面上制备羟基磷灰石层，得到钛表面多孔结构层生物活性陶瓷膜。本专利技术的特点还在于，步骤1的具体步骤如下：步骤a、将钛粉与粘结剂充分混合，得到混合物A，将尿素颗粒加入混合物A中，得到混合物B；步骤b、将混合物B在压力为100MPa～250MPa下，进行粉末单向压制成坯，压坯在真空度保持在10-2～10-3Pa的真空炉中进行热处理，即在植入体基体表面形成多孔结构层；步骤b的热处理过程包括去除尿素和粉末烧结两个过程；去除尿素时，加热温度需控制在200℃～450℃，加热时间为4h～6h；粉末烧结过程中，粉末烧结温度为1250℃～1300℃，烧结时间为3h～5h。步骤a中：钛粉为纯钛或钛合金粉，钛粉细度为37μm～68μm；粘结剂为聚乙二醇200、无水乙醇或甲苯。步骤a中：尿素颗粒与混合物的体积分数之比为30％～80％∶70％～20％，总量为100％，尿素颗粒的直径为200μm～2mm；尿素颗粒采用1∶5～15的水和无水乙醇的混合溶液中溶解，尿素颗粒与混合物A的体积比为1∶5～10；控制尿素颗粒的溶解时间在2～10min，使尿素颗粒溶解逐渐变小，再过滤和干燥。步骤2的具体步骤如下：步骤A、将磷酸、二氧化钛溶胶和钙盐依次加入到乙二醇中，搅拌均匀后静止放置20min～40min，得到电解液；步骤B、在步骤1的电解液中以NiTi合金为正极、不锈钢为负极，在电流密度为1A/dm2～20A/dm2、电压120V～280V、温度为0℃～10℃条件下对多孔结构层的孔表面进行微弧氧化，微弧氧化时间为2min～10min。步骤A中：磷酸与乙二醇的质量比为1∶1～1.5；磷酸与二氧化钛溶胶的质量比为1∶0.3～0.5；磷酸与钙盐中Ca2+的摩尔比为1∶0.015～0.025。二氧化钛溶胶的制备方法如下：先将乙醇中与去离子水混合均匀后得到混合液B，再将体积比为2～4∶1的钛酸四丁酯和冰醋酸加入乙醇中，混合均匀后得到混合液A，然后将混合液B逐滴加入混合液A中，将搅拌速度设为100r/min～500r/min，搅拌15min～25min。混合液A中冰醋酸与乙醇的体积比1∶8～12；混合液B中去离子水与乙醇的体积比1∶4～6；混合液B与混合液A的体积比为1∶2～2.5。本专利技术的有益效果在于：(1)本专利技术的制备方法，能够在植入体表面形成多孔结构层，多孔结构层具有比实体结构植入体低的弹性模量，相当于在植入体和周围骨组织之间形成了缓冲层，改善了植入体与骨组织界面的应力分布，缓冲骨组织与植入体间的压力，有效解决了实体结构植入体的应力集中问题。(2)本专利技术的制备方法，钛材表面的多孔结构层具有大的比表面积和大量的孔隙，支持造骨细胞向内生长，并可以大幅度增加骨性结合界面的面积，更好地起到钉锚和骨化作用，改善生物活性液体物质的扩散，有助于实现生物学功能。(3)本专利技术的制备方法，利用微弧氧化法在多孔结构层的孔内表面形成二氧化钛膜，由于二氧化钛耐腐蚀性强，可以保护钛或钛合金，避免向周围环境释放金属离子。(4)本专利技术的制备方法，在二氧化钛膜表面沉积生物活性的羟基磷灰石(HA)，由于HA与人骨的化学成分最为接近，因此，不仅不影响多孔钛弹性模量，而且，可以进一步促进成骨细胞在植入体表面快速生长。具体实施方式下面结合具体实施方式对本专利技术进行详细说明。本专利技术一种钛表面多孔结构层生物活性陶瓷膜的制备方法，具体包括以下步骤：步骤1、利用粉末冶金法在钛或钛合金植入体基体表面制备多孔结构层，具体步骤如下：步骤a、将钛粉与粘结剂充分混合，得到混合物A，将尿素颗粒加入混合物A中，得到混合物B；钛粉为纯钛或钛合金粉，钛粉细度为37μm～68μm；粘结剂为聚乙二醇200、无水乙醇或甲苯；尿素颗粒与混合物的体积分数之比为30％～80％∶70％～20％，总量为100％，尿素颗粒的直径为200μm～2mm；尿素颗粒采用1∶5～15的水和无水乙醇的混合溶液中溶解，尿素颗粒与混合物A的体积比为1∶5～10；控制尿素颗粒的溶解时间在2min～10min，使尿素颗粒溶解逐渐变小，再过滤和干燥。步骤b、将混合物B在压力为100MPa～250MPa下，进行粉末单向压制成坯，压坯在真空度保持在10-2～10-3Pa的真空炉中进行热处理，即在植入体基体表面形成多孔结构层；其中，多孔结构层的孔隙率为30％～70％，平均孔径为50μm～200μm，多孔结构层的厚度为30μm～80μm；热处理过程包括去除尿素和粉末烧结两个过程；去除尿素时，加热温度需控制在200℃～450℃，加热时间为4h～6h；粉末烧结过本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种钛表面多孔结构层生物活性陶瓷膜的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：步骤1、利用粉末冶金法在钛或钛合金植入体基体表面制备多孔结构层；步骤2、在经步骤1得到的多孔结构层的孔表面形成含钙和磷的二氧化钛膜；步骤3、在经步骤2得到的多孔结构层的孔外表面上制备羟基磷灰石层，得到钛表面多孔结构层生物活性陶瓷膜。

【技术特征摘要】
1.一种钛表面多孔结构层生物活性陶瓷膜的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：步骤1、利用粉末冶金法在钛或钛合金植入体基体表面制备多孔结构层；步骤2、在经步骤1得到的多孔结构层的孔表面形成含钙和磷的二氧化钛膜；步骤3、在经步骤2得到的多孔结构层的孔外表面上制备羟基磷灰石层，得到钛表面多孔结构层生物活性陶瓷膜。2.如权利要求1所述的一种钛表面多孔结构层生物活性陶瓷膜的制备方法，其特征在于，所述步骤1的具体步骤如下：步骤a、将钛粉与粘结剂充分混合，得到混合物A，将尿素颗粒加入混合物A中，得到混合物B；步骤b、将混合物B在压力为100MPa～250MPa下，进行粉末单向压制成坯，压坯在真空度保持在10-2～10-3Pa的真空炉中进行热处理，即在植入体基体表面形成多孔结构层；所述步骤b的热处理过程包括去除尿素和粉末烧结两个过程；所述去除尿素时，加热温度需控制在200℃～450℃，加热时间为4h～6h；所述粉末烧结过程中，粉末烧结温度为1250℃～1300℃，烧结时间为3h～5h。3.如权利要求2所述的一种钛表面多孔结构层生物活性陶瓷膜的制备方法，其特征在于，所述步骤a中：钛粉为纯钛或钛合金粉，钛粉细度为37μm～68μm；粘结剂为聚乙二醇200、无水乙醇或甲苯。4.如权利要求2所述的一种钛表面多孔结构层生物活性陶瓷膜的制备方法，其特征在于，所述步骤a中：尿素颗粒与混合物的体积分数之比为30％～80％∶70％～20％，总量为100％，尿素颗粒的直径为200μm～2mm；尿素颗粒采用1∶5～15的水和无水乙醇的混合溶液中溶解，尿素颗粒与混...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈小利，牛会梅，
申请(专利权)人：宝鸡市铭坤有色金属有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西,61