用于植入物和其他基材的锆和钛磷酸盐涂层制造技术

技术编号:25606716 阅读:19 留言:0更新日期:2020-09-12 00:02
本发明专利技术涉及涂覆的基材,其中涂层包含磷酸钛和/或磷酸锆。在某些实施方案中,基材是用于体内的植入物。本发明专利技术还涉及在基材表面上形成包含磷酸钛和/或磷酸锆或由磷酸钛和/或磷酸锆组成的涂层的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于植入物和其他基材的锆和钛磷酸盐涂层专利
本专利技术提供了与活组织,例如骨组织和软组织有利地相互作用的涂层。该涂层对机械磨损和酸性条件具有高度抵抗力,因此可以在体内长时间保留。本专利技术的另一个目的是创建可用于各种应用的亲水性表面。更具体地说,描述了金属磷酸盐如磷酸锆和磷酸钛的涂层。
技术介绍
植入物用于人体的各个部位。牙螺钉、髋关节柄和脊柱融合笼只是设计成与骨组织整合的装置的一些示例。造口术袋口、骨锚式助听器和牙植入物基台是设计成与软组织整合的装置的示例。为了将植入物成功整合到人体组织中,植入物材料的选择自然非常重要。钛在1950年代被发现具有出色的与骨骼整合的能力,并且还可以刺激新的骨骼组织的生长,这种现象如今被称为骨整合。由于这些特性及其高机械强度,钛是当今最常见的植入材料。与钛相比,氧化锆和氧化铝增韧氧化锆等陶瓷的骨整合速度较慢,但可用于要求极高硬度和强度的应用,例如髋臼杯和股骨头。也有一些材料被归类为生物惰性材料;这些被人体所接受,但不整合。这种材料的例子是聚合物,例如聚酰胺和聚醚醚酮(PEEK)。骨主要由磷酸钙化合物组成,该化合物在化学和结构上与矿物羟基磷灰石(HA)非常相似。为了改善骨整合,可以在植入物表面上施加磷酸钙涂层。作用机理尚不完全清楚,但通常认为磷酸钙通过吸收参与骨骼形成初期的蛋白质来触发骨骼生长。在稍后的阶段,涂层被逐渐吸收并用作形成新骨的原料。诸如磷酸三钙(TCP)和HA之类的材料对骨骼组织的生长具有有据可查的有益作用,因此,这些材料在临床上已广泛用于各种医疗应用中,例如骨骼支架材料和植入物涂层。磷酸钙生物材料的一个重要参数是体内的吸收速度。内源性骨的吸收是自然过程;破骨细胞不断吸收旧骨,成骨细胞产生新骨。这种吸收释放出钙和磷,可用作新骨的原料。破骨细胞通过创造酸性环境来吸收骨骼;HA在中性pH下的溶解度非常低,但在pH4以下会迅速溶解。对于其他磷酸钙,例如磷酸三钙或磷酸八钙,也观察到在酸性条件下溶解度增加。对于厚的(20-60μm)磷酸钙基植入物涂层,体内溶解可能会破坏涂层的完整性,并导致大的磷酸钙颗粒分离,从而触发炎症反应。对于薄的(小于1μm)涂层,磷酸钙的含量非常低,对于这些涂层,磷酸钙的作用更像是骨生长的催化剂,而不是骨生长的原料(Meirelles等人,J.Biomed.Mater.Res.A287299-307)。薄涂层通常是指在几周或几个月内在体内迅速溶解。在这段时间之后,完成骨整合的初始步骤,植入物的长期稳定性取决于基材的特性。如果薄的涂层由于某种原因溶解得比期望的快得多,则涂层的效率将大大降低。如果基材本身是具有较弱的整合能力的材料,则这可能导致植入物的锚固强度非常低,因为存在结缔组织会在表面而非骨上形成的风险。PEEK是形成骨组织能力差的生物惰性材料的一个例子。因此,非常重要的一点是要确保至少在整个骨整合的头几个关键周内,随时间推移保留骨刺激性涂层。软组织是人体结构(如皮肤、肌腱、筋膜和口腔粘膜)的广义术语。尽管骨整合是一个成熟的研究领域,并且对于愈合成骨的表面的要求是众所周知的,但对软组织整合的了解却很少。通常,对于骨整合表现良好的表面也表现出良好的软组织整合。因此,为了实现软组织整合,该表面应对蛋白质具有高亲和力并具有高表面积。因此,已经证明钛植入物和HA涂覆的植入物具有良好的软组织整合。如WO02/087648中所述,多孔二氧化钛(TiO2)和二氧化硅(SiO2)涂层也被证明是有效的。如上所述,磷酸钙矿物质在酸性pH值下具有增加的溶解度,磷酸钙(CaP)涂层的吸收是人体中的自然过程。影响体内吸收的另一个重要参数是涂层对基材的粘附强度。在聚合材料上,CaP涂层与基材的结合强度比在高电荷表面如钛上弱得多。与钛上的涂层相比,体内放置的聚合物上的涂层因此面临涂层从聚合物基材上分离或分层的更高风险,以及更高的溶解速率。磷酸锆和磷酸钛(缩写为ZrP和TiP)是无机层状矿物,最初发现它们具有离子交换特性(KAKraus等人,JACS,78(3)694,1956)。如今,磷酸锆通常用于离子交换器中、燃料电池中,并在各种应用中用作催化剂材料。由于其高的电荷密度和吸附其他分子的能力,ZrP也已被研究作为药物输送的载体,作为聚合物复合材料和太阳能应用中的一种成分,仅举几个例子。ZrP可以在水溶液中合成,这是通过将水溶性Zr源如氧氯化锆(ZrOCl2)与磷源(如磷酸(H3PO4)混合。这将沉淀出无定形或结晶性差的ZrP。然后可以通过在H3PO4或氟化氢(HF)中煮沸将所得产物转变为完全结晶的产物。通过改变合成条件,可以获得不同的ZrP多晶型物,例如α-ZrP(Zr(HPO4)2·H2O)和γ-ZrP(Zr(H2PO4)(PO4)·2H2O)。通过将Ti前体与磷酸混合,也可以在水溶液中合成TiP。然而,Ti前体例如TiCl4或烷氧基钛在水中水解以形成TiO2,因此必须以防止TiO2形成的方式进行合成。关于ZrP合成的最初报道使用水溶液中的简单沉淀,没有任何结构导向剂来控制颗粒的生长。最近的研究集中在增加比表面积和粒径,通常是通过使用表面活性剂系统或其他软模板来实现。Jimenez-Jimenez等人(Adv.Mater.1998,(10),10,812-815)描述了在表面活性剂辅助的系统中ZrP的合成,其中十六烷基三甲基溴化铵(CTMA)作为结构导向剂。结果得到比表面积为250-320m2/g的半结晶粉末,但是没有描述产生表面涂层的方法。Yuko等人(Langmuir22(23),2006,9469-9472)公开了通过使用异丙醇锆、磷酸三乙酯、PluronicP123三嵌段共聚物、硝酸、乙醇和水的混合物旋涂在硅基材上制备有序中孔磷酸锆膜。膜厚度为约275nm。该膜具有高质子传导性。WO03/069712公开了质子传导陶瓷膜。所述膜包括其上具有涂层的基材,其中所述基材选自织造或非织造非导电纤维。纤维可以是玻璃纤维、陶瓷纤维或它们的组合。涂层包含粒度小于5000nm,优选1-100nm或10-100nm的磷酸锆颗粒。该涂层还可以包含磷酸锆颗粒的附聚物,该附聚物的尺寸为1μm或更大,优选1-25μm。KR-10-2012-0137710A公开了包含抗菌化合物和多孔材料的抗菌涂料组合物。多孔材料可以选自沸石、磷酸钾、磷酸锆和硅胶。WO2014/048555描述了一种程序,其中使氧化锆表面与酸性磷酸钠溶液反应以在表面上形成小于1.0nm厚的磷酸根离子单层。在该实施方案中,发现所得的磷酸根离子层很好地粘附于ZrO2基材。但是,该层不是多孔的ZrP或TiP涂层。US2003/0157349公开了一种骨传导材料,其由金属氢氧化物与在金属表面上的诸如-ZrOH或-TiOH的表面物质的复合涂层组成。将涂层浸入磷酸盐缓冲液中并进行热处理,这会在金属氢氧化物的顶部形成磷酸盐层。该涂层由置于金属氢氧化物顶部的磷酸盐组成,不包含纳米级ZrP或TiP。X.Bai等人(J.Environ.Monit.,2009,11,326-329)描述了相似的方法本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种在其表面上包括涂层的基材,所述涂层包括磷酸钛、磷酸锆或其混合物,其中所述基材是适合在体内使用的植入物。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180209 GB 1802184.01.一种在其表面上包括涂层的基材,所述涂层包括磷酸钛、磷酸锆或其混合物,其中所述基材是适合在体内使用的植入物。


2.根据权利要求1所述的基材,其中所述涂层是多孔的。


3.根据任一前述权利要求所述的基材,其中所述涂层由磷酸钛、磷酸锆或其混合物组成。


4.根据任一前述权利要求所述的基材,其中所述涂层是无定形的。


5.根据任一前述权利要求所述的基材,其中所述涂层是连续的。


6.根据任一前述权利要求所述的基材,其中所述包含磷酸钛、磷酸锆或其混合物的涂层的厚度为约1至约1000nm。


7.根据任一前述权利要求所述的基材,其中所述包含磷酸钛、磷酸锆或其混合物的涂层的厚度为约5至约250nm。


8.根据任一前述权利要求所述的基材,其中所述包含磷酸钛、磷酸锆或其混合物的涂层的厚度为约5至约80nm。


9.根据任一前述权利要求所述的基材,其中所述包含磷酸钛、磷酸锆或其混合物的涂层的厚度为约10至约40nm。


10.根据任一前述权利要求所述的基材,其中所述涂层中的磷酸钛和/或磷酸锆具有约5至约400m2/g的比表面积。


11.根据任一前述权利要求所述的基材,其中所述基材包括包含磷酸钙的另一涂层。


12.根据权利要求11所述的基材,其中所述磷酸钙为无定形磷酸钙、磷酸一钙、磷酸二钙、磷酸三钙、磷酸四钙、羟基磷灰石、磷酸八钙或其混合物的形式,优选为羟基磷灰石。


13.根据权利要求11或12中任一项所述的基材,其中所述另一涂层在包含磷酸钛、磷酸锆或其混合物的所述涂层的上面。


14.根据任一前述权利要求所述的基材,其中包含磷酸钛、磷酸锆或其混合物的所述涂层还包含抗生素。


15.根据任一前述权利要求所述的基材,其中所述植入物是牙螺钉、髋骨柄、脊柱融合笼、造口术袋口、骨锚式助听器、牙科植入物基台或外部固定装置。


16.根据任一前述权利要求所述的基材,其中所述基材由金属、陶瓷、石墨材料或聚合物制成。


17.根据权利要求16所述的基材,其中所述金属选自钛及其合金、锆及其合金、不锈钢、钽、NiTi合金和钴铬合金;所述陶瓷选自氧化铝、氧化锆、氧化铝增韧氧化锆和Si3N4;所述石墨材料选自石墨烯和热解碳;和所述聚合物选自聚丙烯、聚乙烯、聚砜、聚醚酮酮、聚(苯乙烯)、聚(碳酸酯)、聚(对苯二甲酸乙二酯)和聚醚醚酮。


18.根据权利要求16所述的基材,其中所述基材由钛或其合金、锆或其合金、不锈钢、钽、NiTi合金、钴铬合金、氧化铝、氧化锆、氧化铝增韧氧化锆、热解碳、聚砜、聚醚酮酮、聚(苯乙烯)、聚(碳酸酯)或聚醚醚酮制成,优选聚醚醚酮。


19.一种在基材表面上形成包含磷酸锆或由磷酸锆组成的涂层的方法,所述方法包括:
a)将包含锆前体的第一油包水乳液与包含磷酸盐前体的第二油包水乳液混合,并使锆前体和磷酸盐前体一起反应以形成纳米级磷酸锆颗粒的分散体;
b)将所述分散体施加到所述基材表面上;
c)任选地在所述基材表面上形成均匀的分散体层;和
d)除去所述分散体的任何其他组分,以在所述基材表面上形成磷酸锆涂层。


20.根据权利要求19所述的方法,其中所述第一油包水乳液和/或第二油包水乳液还包含一种或多种表面活性剂。


21.一种在基材表面上形成包含磷酸锆或由磷酸锆组成的涂层的方法,所述方法包括:
a1)将磷酸盐前体添加到包含锆前体的油包水乳液中,或将锆前体添加到包含磷酸盐前体的油包水乳液中,并使锆前体和磷酸盐前体一起反应以形成纳米级磷酸锆颗粒的分散体;
b)将所述分散体施加到所述基材表面上;
c)任选地在所述基材表面上形成均匀的分散体层;和
d)除去所述分散体的任何其他组分,以便在所述基材表面上形成磷酸锆涂层。


22.一种在基材表面上形成包含磷酸钛或由磷酸钛组成的涂层的方法,所述方法包括:
e)将钛前体添加到包含磷酸盐前体的油包水乳液中,并使钛前体和磷酸盐前体一起反应以形成纳米级磷酸钛颗粒的分散体;
f)将所述分散体施加到所述基材表面上;
g)任选地在所述基材表面上形成均匀的分散体层;和
h)除去所述分散体的任何其他成分,以在所述基材表面上形成磷酸钛涂层。


23.根据权利要求21或22所述的方法,其中所述油包水乳液还包含一种或多种表面活性剂。


24.一种在基材表面上形成包含磷酸...

【专利技术属性】
技术研发人员:P·凯林F·柯里P·汉达L·维京森
申请(专利权)人:普罗米米克公司
类型:发明
国别省市:瑞典;SE

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