股骨球头、其制备方法、包含其的人工髋关节和人工髋关节的制作方法技术

本发明专利技术提供了一种股骨球头、其制备方法、包含其的人工髋关节和人工髋关节的制作方法。该股骨球头包括：钛合金基体；以及耐磨涂层，耐磨涂层为微弧氧化锆涂层。在钛合金基体上设置了高耐磨性的含Zr微弧氧化锆涂层，实现了钛合金作为股骨球头的设计，降低了股骨球头的成本；在钛合金基体上设置微弧氧化锆涂层后，提高了股骨球头的润湿性，有效减少关节对副的磨损；且由于该微弧氧化锆涂层为微弧氧化工艺制备而成，因此其具有承载能力高、膜层系数低的优势，能够更好地和臼杯内衬相适应。

Femoral head, preparation method, artificial hip joint comprising it and manufacturing method of artificial hip joint

The invention provides a femoral head, a method for its preparation, an artificial hip joint comprising it and a manufacturing method of the artificial hip joint. The head of the femur includes titanium alloy substrate and wear resistant coating, and the wear-resistant coating is micro arc zirconia coating. A high wear resistance Zr micro arc zirconium oxide coating was set on the titanium alloy matrix, which realized the design of the titanium alloy as the femoral head and reduced the cost of the femoral head. After setting the zirconium oxide coating on the titanium alloy matrix, the wettability of the femoral head was improved and the wear of the joint was reduced effectively. The zirconia coating is prepared by the micro arc oxidation process. Therefore, it has the advantages of high bearing capacity and low film coefficient, and can be better adapted to the lining of the cup.

【技术实现步骤摘要】
股骨球头、其制备方法、包含其的人工髋关节和人工髋关节的制作方法
本专利技术涉及人工关节假体领域，具体而言，涉及一种股骨球头、其制备方法、包含其的人工髋关节和人工髋关节的制作方法。
技术介绍
钛合金因具有优良的综合力学性能、耐腐蚀性和生物相容性等，已广泛作为髋关节植入假体应用于临床。人工髋关节置换术采用的关节产品主要是由金属髋臼杯、高分子内衬/陶瓷内衬、金属股骨球头/陶瓷股骨球头、金属股骨柄组成，其中髋臼杯外表面和股骨柄与宿主骨的融合程度、股骨球头和内衬的磨损等情况直接影响髋关节假体的负载和手术后在体内的长期稳定性，进而影响髋关节假体的使用寿命。近年，通过増材制造技术，可以直接打印出具有三维多孔结构的骨小梁髋臼杯。三维多孔结构使水分和营养物质在髋臼杯内部传输，促进骨组织向内生长形成生物固定，达到髋臼杯假体与宿主骨组织融合的功能，从而增强植入髋关节与宿主骨组织之间的界面稳定性。但是目前钛合金髋臼杯和股骨柄与骨和软组织的结合能力并不令人十分满意，股骨球头和内衬耐磨性能还需进一步提高，虽然陶瓷内衬和陶瓷股骨球头耐磨性好，但陶瓷假体较脆且价格昂贵。另外，髋关节的松动产生的一个原因是由界面间磨损导致金属、陶瓷、高分子等碎屑造成无菌性松动，使得股骨球头与臼杯内衬的匹配性变差，进而导致人工关节的失效，碎屑通常会引起人体内的生物反应，如炎症或排斥反应等，对人体造成伤害。而且，目前使用的钛合金股骨柄大多为Ti6Al4V，这种钛合金材料的弹性模量和人体骨相比，仍显著偏高，导致假体植入后出现应力遮挡，易引起骨折等现象。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提供一种股骨球头、其制备方法、包含其的人工髋关节和人工髋关节的制作方法，以解决现有技术中的股骨球头的成本较高的问题。为了实现上述目的，根据本专利技术的一个方面，提供了一种股骨球头，包括：钛合金基体；以及耐磨涂层，耐磨涂层为微弧氧化锆涂层。进一步地，上述微弧氧化锆涂层的厚度为13～58μm。进一步地，上述钛合金基体为Ti-6Al-4V基体、Ti-6Al-17Nb基体、Ti-13Nb-13Zr基体或Ti-5Zr-3Mo-15Nb基体中的任意一种。根据本专利技术的另一方面，提供了一种股骨球头的制备方法，该制备方法包括：将钛合金基体置于第一电解液中，以钛合金基体为阳极、不锈钢为阴极对钛合金基体的外表面进行第一微弧氧化处理，得到微弧氧化锆涂层，第一电解液中含有二氧化锆。进一步地，上述第一电解液中二氧化锆的含量为2.5～6.5g/L，优选二氧化锆为粒径为0.5～10μm的粉末。进一步地，上述第一电解液中还含有至少一种辅助起弧剂，辅助起弧剂选自乳酸钙和氧化钙的组合物、乙酸钙、氯化钙、磷酸二氢钙、甘油磷酸钙、柠檬酸钙、甘油磷酸钠、磷酸二氢钠、磷酸氢二钠、六偏磷酸钠和聚磷酸钠中的一种或多种。进一步地，上述第一微弧氧化使用的第一电源为交流电，第一电源的电压处于100～900V之间，第一电源的输出脉冲频率为100～1000Hz，第一电源的脉冲宽度为8～500μs，第一电源的峰值电流设置为50～400A，第一微弧氧化的时间为10～60min，优选在第一微弧氧化过程中电解液温度控制在40℃以下。进一步地，上述制备方法在第一微弧氧化之后还包括对微弧氧化锆涂层进行抛光得到厚度为13～58μm的微弧氧化锆涂层。根据本专利技术的另一方面，提供了一种人工髋关节，包括依次接触设置的股骨柄、股骨球头、臼杯内衬和髋臼杯，该股骨球头为上述任一种的股骨球头或上述任一种的制备方法得到的股骨球头。进一步地，上述臼杯内衬包括：基体，基体具有与股骨球头接触的表面，优选基体为超高分子量聚乙烯基体或高交联聚乙烯基体；类金刚石镀膜，设置在基体的与股骨球头接触的表面上，优选类金刚石镀膜的厚度为500～3000nm，优选类金刚石镀膜采用非平衡磁控溅射工艺形成。进一步地，上述股骨柄包括：β型钛合金基体；原位生长膜层，设置在β型钛合金基体的表面上。进一步地，上述原位生长膜层包含Ca元素和P元素，原位生长膜层的厚度为5～50μm，原位生长膜层的孔隙率为8～25％。进一步地，上述原位生长膜层远离股骨球头设置，股骨柄还包括HA涂层，HA涂层设置在β型钛合金基体的表面上且靠近股骨球头，优选原位生长膜层和HA涂层衔接设置。进一步地，上述HA涂层的厚度为50～120μm，HA涂层中的孔隙尺寸率约为3％～7％。进一步地，上述β型钛合金基体为Ti-Nb系钛合金基体、Ti-Mo系钛合金基体、Ti-Zr系钛合金基体、Ti-Nb-Hf系钛合金基体和Ti-Nb-Zr系钛合金基体中的任意一种。进一步地，上述髋臼杯为金属髋臼杯，金属髋臼杯的用于与宿主骨组织接触面为多孔结构钛层或钛合金层，优选多孔结构钛层为3D打印骨小梁钛结构、钛珠、钛粉末、钛丝中的一种或多种，优选钛合金层为Ti-6Al-4V合金层、Ti-6Al-17Nb合金层、Ti-13Nb-13Zr合金层或Ti-5Zr-3Mo-15Nb合金层中的任意一种。根据本专利技术的又一方面，提供了一种人工髋关节的制作方法，包括臼杯内衬的制备、股骨球头的制备和股骨柄的制备，该股骨球头的制备采用上述任一种的制备方法实施。进一步地，上述股骨柄的制备包括：对β型钛合金进行第二微弧氧化，以在β型钛合金上形成原位生长膜层，第二微弧氧化所采用的第二电解液中，钙元素的浓度记为mmol/L，磷元素的浓度记为nmol/L，当0.01≤m＜0.2时，(0.1m+0.025)≤n＜0.05；当0.2≤m≤0.6时，0.075≤n≤m/0.875，优选0.4＜m≤0.6时，0.25≤n≤m/0.875；优选钙源选自乙酸钙、氯化钙、磷酸二氢钙、甘油磷酸钙、柠檬酸钙、乳酸钙和氧化钙的一种或几种；更优选磷源选自甘油磷酸钠、磷酸二氢钠、磷酸氢二钠、六偏磷酸钠和聚磷酸钠中的一种或几种。进一步地，上述第二电解液还包括EDTA-2Na和硅酸钠，第二电解液中硅酸钠的含量为0.01～0.04mol/L；优选利用氢氧化钠或氢氧化钾调节第二电解液pH值在11～14之间；优选第二微弧氧化采用第二电源的电压为50～500V，第二电源的输出脉冲频率为100～1000Hz，第二电源的脉冲宽度为8～500μs，第二电源的峰值电流为50～300A，第二微弧氧化的时间为3～30min。进一步地，上述第二微弧氧化的对象为β型钛合金的远离股骨球头部分表面，股骨柄的制备还包括：对第二微弧氧化处理后的β型钛合金清洗、烘干后进行真空等离子喷涂，以在β型钛合金的靠近股骨球头部分表面设置HA涂层，优选真空等离子喷涂的电压为40～60V，电流为500～600A。应用本专利技术的技术方案，本申请的股骨球头在钛合金基体上设置了高耐磨性的含Zr微弧氧化锆涂层，实现了钛合金作为股骨球头的设计，降低了股骨球头的成本；在钛合金基体上设置微弧氧化锆涂层后，提高了股骨球头的润湿性，有效减少关节对副的磨损；且由于该微弧氧化锆涂层为微弧氧化工艺制备而成，因此其具有承载能力高、膜层系数低的优势，能够更好地和臼杯内衬相适应。附图说明构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1示出了根据本专利技术的一种优选实施例提供的股骨球头的部分结构示意图；图本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种股骨球头，其特征在于，包括：钛合金基体(21)；以及耐磨涂层(22)，所述耐磨涂层(22)为微弧氧化锆涂层。

【技术特征摘要】
1.一种股骨球头，其特征在于，包括：钛合金基体(21)；以及耐磨涂层(22)，所述耐磨涂层(22)为微弧氧化锆涂层。2.根据权利要求1所述的股骨球头，其特征在于，所述微弧氧化锆涂层的厚度为13～58μm。3.根据权利要求1所述的股骨球头，其特征在于，所述钛合金基体(21)为Ti-6Al-4V基体、Ti-6Al-17Nb基体、Ti-13Nb-13Zr基体或Ti-5Zr-3Mo-15Nb基体中的任意一种。4.一种股骨球头的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：将钛合金基体置于第一电解液中，以所述钛合金基体为阳极、不锈钢为阴极对所述钛合金基体的外表面进行第一微弧氧化处理，得到微弧氧化锆涂层，所述第一电解液中含有二氧化锆。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述第一电解液中所述二氧化锆的含量为2.5～6.5g/L，优选所述二氧化锆为粒径为0.5～10μm的粉末。6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述第一电解液中还含有至少一种辅助起弧剂，所述辅助起弧剂选自乳酸钙和氧化钙的组合物、乙酸钙、氯化钙、磷酸二氢钙、甘油磷酸钙、柠檬酸钙、甘油磷酸钠、磷酸二氢钠、磷酸氢二钠、六偏磷酸钠和聚磷酸钠中的一种或多种。7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述第一微弧氧化使用的第一电源为交流电，所述第一电源的电压处于100～900V之间，所述第一电源的输出脉冲频率为100～1000Hz，所述第一电源的脉冲宽度为8～500μs，所述第一电源的峰值电流设置为50～400A，所述第一微弧氧化的时间为10～60min，优选在所述第一微弧氧化过程中电解液温度控制在40℃以下。8.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法在所述第一微弧氧化之后还包括对所述微弧氧化锆涂层进行抛光得到厚度为13～58μm的微弧氧化锆涂层。9.一种人工髋关节，包括依次接触设置的股骨柄(10)、股骨球头(20)、臼杯内衬(30)和髋臼杯(40)，其特征在于，所述股骨球头为权利要求1至3中任一项所述的股骨球头或权利要求4至8中任一项所述的制备方法得到的股骨球头。10.根据权利要求9所述的人工髋关节，其特征在于，所述臼杯内衬(30)包括：基体(31)，所述基体(31)具有与所述股骨球头(20)接触的表面，优选所述基体(31)为超高分子量聚乙烯基体或高交联聚乙烯基体；类金刚石镀膜(32)，设置在所述基体(31)的与所述股骨球头(20)接触的表面上，优选所述类金刚石镀膜(32)的厚度为500～3000nm，优选所述类金刚石镀膜(32)采用非平衡磁控溅射工艺形成。11.根据权利要求9所述的人工髋关节，其特征在于，所述股骨柄(10)包括：β型钛合金基体(11)；原位生长膜层(12)，设置在所述β型钛合金基体(11)的表面上。12.根据权利要求11所述的人工髋关节，其特征在于，所述原位生长膜层(12)包含Ca元素和P元素，所述原位生长膜层(12)的厚度为5～50μm，所述原位生长膜层(12)的孔隙率为8～25％。13.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏崇斌，孟德松，王彩梅，张卫平，
申请(专利权)人：北京爱康宜诚医疗器材有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11