一种医用金属骨植入材料的制备方法技术

本发明专利技术提供了一种医用金属骨植入材料的制备方法，通过预处理、喷砂、阳极氧化、火焰喷射、焙烧成型获取了钽/纳米孔道阵列Ta2O5/羟基磷灰石材料，所述材料的孔隙率高、抗压强度和涂层结合力高、生物相容性性能优秀。

A preparation method of medical metal bone implant material

【技术实现步骤摘要】
一种医用金属骨植入材料的制备方法
本专利技术涉及医用金属骨植入材料的制备方法，属于医用金属骨植入材料
技术背景生物医用金厲材料由于具有优良的力学性能、易加工性和稳定性而被广泛应用于临床医学领域。然而由于该材料直接与人体组织接触，因此对它的设计、制备及表面修饰都具有较高的要求，使其能够满足不同于一般材料的物理化学性能和优异的生物相容性。生物医用材料的选择标准是其在体內引起的生物反应最小，且能够满足所替换或修复组织的基本功能要求。因此生物医用金属材料必须满足下列基本要求:①无毒性:目前认为基本无毒的金属单质主要有Ga、In、Sn、Ti、Zr、Mo、W、Au、Ta、Pt；②抗生理腐蚀性。人体液中含有有机酸，碱金属或碱±金属，加上蛋白质、酶和细胞的作用，金属材料在人体内容易发生腐蚀，其腐蚀产物可能是金属离子、氧化物、甚至是较为复杂的金属整合物等，而这些产物会与邻近的组织接触甚至渗入正常沮织或整个生物系统中，对正常组织产生影响和刺激，可能引起包括纪织非正常生长、巧变、过敏或炎症、感染等不良生物反应，甚至会诱发癌变；③优良的生物相容性，由于金属材料在组成上与人体沮织成分差别较大，因此金属材科往往不具有生物活性，而由于其相对稳定的化学性能，使其具有一定的生物相容性；④优良的力学性能：医用金属材料常作为受力器件在人体内"服役"，如人工关节、骨折内固定钢板、牙种植体等。而这些部位受力状态通常非常恶劣，需要材料具有优良的机械性能;⑤易加工性及适用性。对于材料需要具有良好的加工性，能够加工成适合植入部位的各种形状，从而降低加工成本。目前在临床广泛应用的金属材料主要有不铸钢，钴基合金，镁合金及钛合金。而在这其中铁金属及其合金由于其优越的化学稳定性、抗腐蚀性和良好的生物相容性在临床医学领域的应用最为广泛。近十年来，钽（Ta）作为一种的“亲生物”金属，引起了人们的广泛关注。钽原子序数为73，是1802年瑞典化学家Ekeberg从钽矿中发现。与其他共度金属类似，钽具有较高的硬度（6.5莫氏），较好的延展性。然而其具有较高熔点（2980oC），因而限制了其制备加工。钽在大气环境中由于自然氧化，其表面不可避免的形成Ta2O5薄膜，能够保护钽金属基体，使其在人体体液环境中保持非常稳定的化学性质，极强的耐腐蚀性，除了氢氟酸、三氧化硫以及碱之外，它能耐几乎所有无机酸和有机酸的腐蚀，因而具有极佳的生物相容性，是一种理想的骨植入材料，目前使用多孔粗金属植入钉治疗早期的股骨头坏死。根据临床前期生物力学评价结果显示，多孔钽金属植入钉可以为存在骨质缺损的软骨下骨组织提供机械性支持，其股骨头弹性和紧张度度与植入骨移植物类似。除此之外，钽丝或钽箔还可用于缝合神经、肌度、肌肉和血管等。当将钽用于血管支架表面，能够明显提巧血管支架的抗血栓性，这种钽金属的血管金属支架目前己商品化，广泛应用于也血管病的治疗。CN107998445A公开了及一种表面修饰多孔钽生物材料及其制备方法，采用电化学阳极氧化技术对钽片表面改性，制备得到了具有微纳尺度的三维贯通多孔结构的多孔五氧化二钽层，孔径大小可控，孔的布置、连通性好，并在氧化层表面进一步构筑了羟基磷灰石层，显著增强蛋白质吸收，细胞扩散和增殖，改善生物相容性和骨传导性，产生有利于细胞生长的微环境，促进人类原代成骨细胞的黏附、增殖、分化和矿化，促进骨组织向多孔钽内生长以形成独特的骨－植入物界面，显著增强植入物在骨组织中的稳定性和功能，加速了骨－植入物界面的骨整合，显著增强植入物在骨组织中的稳定性，且具有高度耐腐蚀性能，具有光明的应用前景，但所述方法存在明显的缺陷，即涂层与基材的结合力、抗压强度、生物相容性依旧有待提高。CN109989089A公开了一种具有微纳结构的促体外成骨分化钽基涂层及其制备方法，采用了真空等离子体喷涂方法与阳极氧化技术相结合的方法，等离子喷涂钽涂层具有微米多孔结构，将具有等离子喷涂钽涂层的基材作为阳极进行一次阳极氧化和二次阳极氧化，在钽涂层表面制备纳米管，获得微纳多级结构，即采用阳极氧化方法在真空等离子喷涂的钽涂层表面制备出具有微纳多级结构涂层。该微纳多级结构钽基涂层具有优异的促成骨分化性能。本专利技术可在不改变等离子喷涂涂层粗糙多孔结构的同时，制备纳米结构表面，大幅度提升其细胞响应速度和骨整合性能。阳极氧化得到Ta2O5所用的金属Ta为真空等离子喷涂所得到的多孔钽结构，即阳极氧化采用了由真空等离子喷涂得到的具有多孔结构的钽涂层。阳极氧化后无需后续热处理步骤即可得到目标涂层，即可以一次性得到微纳多级结构钽基涂层，但所述钽涂层的生物相容性远远不及羟基磷灰石，有待提高。CN109825793A20190531提供一种提高钛合金植入材料的耐腐蚀性、生物活性及抗菌性的医用生物涂层材料及制备方法。包括以下步骤：（1）钛合金表面抛光处理；（2）对钛合金表面进行氧化构建纳米氧化层；（3）采用等离子喷涂技术，分别以Ta粉或Ta粉、Cu粉、Zn粉为原料，进行喷涂制备Ta及Ta-Cu-Zn复合涂层，主要用于解决耐腐蚀性及抗菌性问题，但其材料的机械性能不足。
技术实现思路
基于上述现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种医用金属骨植入材料的制备方法，通过预处理-喷砂-阳极氧化-火焰喷射-焙烧成型获取了钽或钽合金/纳米孔道阵列Ta2O5/羟基磷灰石医材料，具体包括如下步骤：（1）预处理；（2）喷砂处理；（3）阳极氧化形成纳米孔道阵列；（4）制备羟基磷灰石粉末，并火焰喷射所述羟基磷灰石；（5）焙烧-冷却，获得所述医用金属骨植入材料。进一步的，所述步骤（1）中预处理工艺参数如下：20~25g/L碳酸钠、2-3g/L磷酸钠、10-15g/L水玻璃、1-2g/L十二烷基硫酸钠的混合水溶液，温度65-70oC，浸泡时间5-6min，然后使用乙醇超声清洗20min，去离子水清洗、20-30oC氮气烘干。进一步的，所述步骤（2）中喷砂为干喷刚玉砂，参数如下：硬度340-420HV，砂粒尺寸为0.5-1.5mm，喷砂空气压力0.03-0.25，时间15-20s。进一步的，所述步骤（3）中的阳极氧化参数如下：电解液为硫酸、氢氟酸、NH4F，乙二醇的水溶液，其中98.%wt硫酸20-30ml、48%氢氟酸10-15ml，去离子水30-40ml，NH4F的浓度为0.5~1%，乙二醇5-10ml。进一步的，所述阳极氧化电解参数：电压10-20V，时间10-20min，温度23-25oC，对电极为Pt电极，两电极间距为2-4cm，获得的纳米孔道阵列参数：内孔径40-50nm，外孔径100-120，壁厚30-40nm，孔道阵列长度10-15μm。进一步的，所述步骤（4）中制备羟基磷灰石的工艺如下：（1）称取Ca(NO3)2.4H2O置于烧杯中，倒入适量去离子水搅拌溶解；（2）称取(NH4)2HPO4置于烧杯中，倒入适量去离子水搅拌溶解；（3）向步骤（1）中的Ca(NO3)2.4H2O中滴加氨水溶液；（4）将采用滴定法，逐滴将步骤（2）的(N本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种医用金属骨植入材料的制备方法，所述金属为钽或钽合金，其特征在于包括如下步骤：/n（1）预处理；/n（2）喷砂处理；/n（3）阳极氧化形成纳米孔道阵列；/n（4）制备羟基磷灰石粉末，并火焰喷射所述羟基磷灰石；/n（5）焙烧-冷却，获得所述医用金属骨植入材料。/n

【技术特征摘要】
1.一种医用金属骨植入材料的制备方法，所述金属为钽或钽合金，其特征在于包括如下步骤：
（1）预处理；
（2）喷砂处理；
（3）阳极氧化形成纳米孔道阵列；
（4）制备羟基磷灰石粉末，并火焰喷射所述羟基磷灰石；
（5）焙烧-冷却，获得所述医用金属骨植入材料。


2.如权利要求1所述的一种医用金属骨植入材料的制备方法，所述步骤（1）中预处理工艺参数如下：20~25g/L碳酸钠、2-3g/L磷酸钠、10-15g/L水玻璃、1-2g/L十二烷基硫酸钠的混合水溶液，温度65-70oC，浸泡时间5-6min，然后使用乙醇超声清洗20min，去离子水清洗、20-30oC氮气烘干。


3.如权利要求1所述的一种医用金属骨植入材料的制备方法，所述步骤（2）中喷砂为干喷刚玉砂，参数如下：硬度340-420HV，砂粒尺寸为0.5-1.5mm，喷砂空气压力0.03-0.25，时间15-20s。


4.如权利要求1所述的一种医用金属骨植入材料的制备方法，所述步骤（3）中的阳极氧化参数如下：电解液为硫酸、氢氟酸、NH4F，乙二醇的水溶液，其中98.%wt硫酸20-30ml、48%氢氟酸10-15ml，去离子水30-40ml，NH4F的浓度为0.5~1%，乙二醇5-10ml。


5.如权利要求4所述的一种医用金属骨植入材料的制备方法，所述阳极氧化电解参数：电压...

【专利技术属性】
技术研发人员：王永芝，
申请(专利权)人：王永芝，
类型：发明
国别省市：江苏;32