一种应用于植入医疗器械的医用涂层及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种应用于植入医疗器械的医用涂层，包括钛‑钇涂层、氮化钛‑钇的合金层、钽‑钇涂层、钽‑锌‑银涂层四层，钛‑钇涂层涂覆在植入医疗器械基材的外层，氮化钛‑钇的合金层涂覆在钛‑钇涂层的外层，钽‑钇涂层涂覆在氮化钛‑钇的合金层的外层，钽‑锌‑银涂层涂覆在钽‑钇涂层的外层；钽‑锌‑银涂层可以变换为钽‑镁‑银涂层。本发明专利技术的医用涂层的银元素可以有效抑制细菌生物膜和炎症的产生，锌和镁元素可以有效促进创伤愈合和骨组织生长，钇和钽元素可以有效提高金属材料的抗疲劳强度，钽元素可以有效增强X光机显影性能；对有害金属离子进行包埋、使耐腐蚀电位提高、生物相容性提高，屏蔽金属植入物的电磁性，实现CT诊断。

【技术实现步骤摘要】
一种应用于植入医疗器械的医用涂层及其制备方法
本专利技术涉及一种医用涂层，具体是一种应用于植入医疗器械的医用涂层及其制备方法。
技术介绍
随着我国整体经济发展水平的提高、医疗健康需求的增加以及国家政策的指引，国内植入性医疗器械市场规模持续扩大，展现出巨大的发展潜力。根据《医疗器械分类规则》的定义，植入医疗器械是指：任何借助外科手术，器械全部或者部分进入人体或自然腔道中；在手术过程结束后长期留在体内，或者这些器械部分留在体内至少30天以上，这些器械被认为是植入器械。例如：冠脉血管支架、外周血管支架、前列腺支架，骨钉骨板、人工关节、封堵器、心脏起搏器等。植入医疗器械属于第三类较高风险的高端产品，是医疗器械产业中重要的产品门类。一款植入医疗器械产品临床应用是否安全有效的最本质的关键因素是生物医用材料的选择。生物医用材料是指：用来对生物体进行诊断、治疗、修复或替换其病损组织、器官或增进其功能的材料。生物医用材料按材料的组成和性质可以分为：生物医用金属材料、生物陶瓷、生物医用高分子材料、生物医用复合材料、生物衍生材料等。为了方便医生诊断和治疗，外科植入性医疗器械通常会被要求设计有具备X光机可识别的显影标记物，但标记物显影标记物容易产生脱落，会增加冠脉远端毛细血管的异物堵塞临床风险。常用的植入医疗器械的生物医用材料是金属或合金，这类材料具有高的机械强度和抗疲劳性能，是临床应用最广泛的承力植入材料。目前，已经用于临床的医用金属材料主要有纯金属钛、不锈钢、镍钛记忆合金、钴基合金和钛基合金等。其中，大部分植入医用金属材料中都含有不同比例的镍、钴、铬、钒、铝等致敏致癌元素。研究表明，金属材料本体不会导致人体发生变态反应和致癌性，但是金属离子及其形成的有机金属化合物和无机金属盐可能对人体造成生物毒性，其中金属离子释放主要是由于腐蚀和磨损腐蚀造成。金属离子对人体的有害反应主要是有毒性、致癌性、基因毒性和致敏性。生物医用金属材料在体液中发生多种类型的腐蚀，如缝隙腐蚀、疲劳腐蚀、微动磨损腐蚀、均匀腐蚀、点腐蚀、电偶腐蚀、晶间腐蚀和应力腐蚀。医用金属材料中合金元素产生金属离子多具有强负电性，易与人体体液内的有机物或无机物结合形成复杂的有机或无机化合物，其中的一些化合具有强的毒性，所以一般要求，金属离子在人体内允许浓度非常低。金属离子进入体液后会引发许多生物反应，如血液反应和组织反应等。由于人体血液中血小板、血细胞和蛋白质等带负电性，因此大量负电性金属离子的溶出易引发血栓症状。金属离子在人体部分组织或体液内的富集会加重其毒性反应。通常Ni镍离子易富集于血液、滑液和关节囊中，Al、V、Cr和Co在尿液、血液、滑液和关节囊内的浓度都会增加。在人体组织肺内Cr、Al和V离子浓度易与增加，在肾、心脏、肝脏和脾脏内Co和Al易与聚集。在人体内的金属盐细胞毒性的强弱按照Co﹥V﹥Ni﹥Cr﹥Ti﹥Fe的顺序降低，体外实验结果表面Co、Ni、Cr还有致敏反应和致癌倾向。Al和V都是常用医用钛合金Ti6Al4V中的有害元素。在生物体内长期植入Ti6Al4V合金会释放出Al离子和V离子，对人体产生毒害。Al元素会引起骨软化、贫血和神经紊乱。铝元素与无机磷结合，会致使磷缺失，会诱发老年痴呆症等。钒元素在人体内易与形成钒酸盐(VO33-，V5+)和钒氧阳离子(VO32+，V4+)，他们进入细胞后被还原物质还原，并同磷酸盐、蛋白质、乳酸和柠檬酸等配位体结合。钒酸盐和钒阳离子在人体内积累于肝肾、骨、脾等器官，其毒性作用与磷酸盐的代谢有关，通过影响钾、钠、氢和钙离子的ATP酶发生作用，其毒性可能超过铬和镍，引起致癌。镍元素Ni是医用镍钛记忆合金材料的主要成分之一，超量的Ni离子具有细胞毒性，会导致局部组织刺激或组织坏死，甚至会导致呼吸功能障碍和过敏反应，Ni离子也会抑制细胞增殖，存在潜在的致癌性。研究表明，在人体内二价镍离子进入细胞后，与细胞质的配合基结合，不会在细胞核内聚集，因此不会引起癌变，但是镍的化合物可能致癌。临床数据表明，植入医疗器械均会产生不同程度的感染。如人工关节的平均感染率为8％,其中二次翻修的感染率高达大于50％；创伤骨科的平均感染为5％，其中开放性骨折感染率高到35％；颅骨修复板所用的聚醚醚酮材料，修复后的感染率为13.83％；因此，在植入体的表面增加抗菌涂层进行表面修饰，具有重要的临床应用价值。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提供了一种具备复合功能，应用于金属植入医疗器械的医用涂层及其制备方法。该医用涂层主要利用了金属元素钽(Ta)优良的“生物”惰性，利用了金属元素银(Ag)优良的广谱杀菌效果，利用了金属元素锌(Zn)优良的促进愈合的作用，利用了金属元素钇(Y)优良的合金调剂作用；利用金属元素镁(Mg)促进成骨细胞合成酶的生成作用；集中了各个元素的特有属性，利用PVD技术加工成型了一种复合功能合金涂层。本专利技术提供了一种应用于植入医疗器械的医用涂层，包括钛-钇涂层、氮化钛-钇的合金层、钽-钇涂层、钽-锌-银涂层，所述钛-钇涂层涂覆在所述植入医疗器械基材的外层，所述氮化钛-钇的合金层涂覆在钛-钇涂层的外层，所述钽-钇涂层涂覆在氮化钛-钇的合金层的外层；所述钽-锌-银涂层涂覆在钽-钇涂层的外层。本专利技术的另一种实施方式，所述钽-锌-银涂层替换为钽-镁-银涂层。优选地，所述钛-钇涂层厚度为100nm-1500nm，所述钛-钇涂层中钛、钇的质量百分数分别为90％、10％。优选地，所述氮化钛-钇的合金层厚度为50nm-1500nm。优选地，所述钽-钇涂层厚度为50nm-500nm，所述钽-钇涂层中钽、钇的质量百分数分别为93％、7％。优选地，所述钽-锌-银涂层厚度为50nm-1000nm，所述钽-锌-银涂层中钽、锌、银的质量百分数分别为92％、5％、3％。优选地，所述钽-镁-银涂层厚度为50nm-1000nm，所述钽-镁-银涂层中钽、镁、银的质量百分数分别为92％、5％、3％。本专利技术还提供了一种具备复合功能应用于植入医疗器械的医用涂层的制备方法，按照如下步骤进行：(1)针对植入医疗器械的材料学应用的五类共性问题，进行靶向设计：a.有害金属离子释放；b.生物相容性差；c.感染、炎症、血栓；d.X光机透视显影性；e.耐腐蚀性；f.机械疲劳寿命；g.难愈合(2)针对(1)的上述问题，主要利用PVD物理气相沉积技术，将钽、银、锌、镁、钇等亲生物属性的元素沉积于植入医疗器械表面，从而达到临床使用目的。所述钛-钇涂层用99.999％的钛和钇高纯靶材进行真空溅射，形成厚度为100nm-1500nm的钛-钇金属薄膜涂层；所述钛-钇涂层中钛、钇的质量百分数分别为90％、10％；所述氮化钛-钇的合金层用99.999％的钛和钇的高纯靶材进行真空溅射，在其沉积过程中混入高纯氮气，形成厚度为50nm-500nm的氮化钛-钇金属薄膜；所述钽-钇涂层用99.999％的钽和钇的高纯靶材，进行真空溅射，形本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种应用于植入医疗器械的医用涂层，其特征在于，包括钛-钇涂层、氮化钛-钇的合金层、钽-钇涂层、钽-锌-银涂层四层，所述钛-钇涂层涂覆在所述植入医疗器械基材的外层，所述氮化钛-钇的合金层涂覆在钛-钇涂层的外层，所述钽-钇涂层涂覆在氮化钛-钇的合金层的外层；所述钽-锌-银涂层涂覆在钽-钇涂层的外层。/n

【技术特征摘要】
1.一种应用于植入医疗器械的医用涂层，其特征在于，包括钛-钇涂层、氮化钛-钇的合金层、钽-钇涂层、钽-锌-银涂层四层，所述钛-钇涂层涂覆在所述植入医疗器械基材的外层，所述氮化钛-钇的合金层涂覆在钛-钇涂层的外层，所述钽-钇涂层涂覆在氮化钛-钇的合金层的外层；所述钽-锌-银涂层涂覆在钽-钇涂层的外层。


2.根据权利要求1所述的一种应用于植入医疗器械的医用涂层，其特征在于，所述钽-锌-银涂层替换为钽-镁-银涂层。


3.根据权利要求1或2所述一种应用于植入医疗器械的医用涂层，其特征在于，所述钛-钇涂层厚度为100nm-1500nm，所述钛-钇涂层中钛、钇的质量百分数分别为90％、10％。


4.根据权利要求1或2所述一种应用于植入医疗器械的医用涂层，其特征在于，所述氮化钛－钇的合金层厚度为50nm-1500nm。


5.根据权利要求1或2所述一种应用于植入医疗器械的医用涂层，其特征在于，所述钽-钇涂层厚度为50nm-500nm，所述钽-钇涂层中钽、钇的质量百分数分别为93％、7％。


6.根据权利要求1所述一种应用于植入医疗器械的医用涂层，其特征在于，所述钽-锌-银涂层厚度为50nm-1000nm，所述钽-锌-银涂层中钽、锌、银的质量百分数分别为92％、5％、3％。


7.根据权利要求2所述一种应用于植入医疗器械的医用涂层，其特征在于，所述钽-镁-银涂层厚度为50nm-1000nm，所述钽-镁-银涂层中钽、镁、银的质量百分数分别为92％、5％、3％。


8.权利要求1所述一种应用于植入医疗器械的医用涂层的制备方法，其特征在于，所述钛-钇涂...

【专利技术属性】
技术研发人员：石培国，姜培齐，宋国安，
申请(专利权)人：北京华钽生物科技开发有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11