一种应用于创伤骨科植入物的钽涂层及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种应用于创伤骨科植入物的钽涂层及其制备方法，包括为医用材料的钛/钛合金/镍钛合金基体，所述基体表面涂覆有薄膜，所述薄膜距离所述基体最远的一层为纯钽层。通过将钽金属在基体表面进行沉积，所需成本较低，且无需对钽金属进行机械加工，解决了钽金属机械加工难和价格昂贵的问题，且很好地利用了钽金属的高耐腐蚀性，生物相容性和力学性能。性能。性能。

【技术实现步骤摘要】
一种应用于创伤骨科植入物的钽涂层及其制备方法


[0001]本专利技术涉及医用涂层领域，具体而言，涉及一种应用于创伤骨科植入物的钽涂层及其制备方法。

技术介绍

[0002]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。
[0003]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。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，所以金属离子在人体内的允许浓度非常低。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也会加重其毒性反应。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。
[0004]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。
[0005]而金属离子释放主要是由于腐蚀和磨损腐蚀造成，生物医用金属材料还会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。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%。
[0006]另一方面，钽金属具有良好的生物相容性、耐腐蚀性和力学性能，但由于钽难以机械加工且价格较为昂贵，导致在外科植入物领域的应用较少，不适合直接作为植入物的材料使用。因此，在植入体的表面增加钽涂层进行表面修饰，具有重要的临床应用价值。
[0007]有鉴于此，特提出本专利技术。

技术实现思路

[0008]本专利技术的第一目的在于提供一种应用于创伤骨科植入物的钽涂层，该涂层以医用材料的金属/合金为基体，在基体的表面涂覆薄膜，并且最外层的薄膜为纯钽层，通过将钽金属在基体表面进行沉积，解决了钽金属机械加工难和价格昂贵的问题，并且能够利用钽金属的高耐腐蚀性，生物相容性和力学性能。
[0009]为实现本专利技术的上述目的，特采用以下技术方案：本专利技术提供了一种应用于创伤骨科植入物的钽涂层，包括为医用材料的钛/钛合金/镍钛合金基体，所述基体表面涂覆有薄膜，所述薄膜距离所述基体最远的一层为纯钽层。
[0010]优选地，所述薄膜为单层纯钽薄膜，所述单层纯钽薄膜的厚度为0.1
‑
2.5μm。钽金属具有极佳的抗腐蚀性和耐磨损性、良好的延展性和韧性，以及优异的生物相容性，通过物理气相沉积技术将纯钽作为厚度0.1
‑
2.5μm的薄膜，不仅能利用钽的优异力学性能和抗腐蚀性，还能使外科植入物与人体高度亲和，这种方式的钽金属用量少，所需成本较低，且无需对钽金属进行机械加工。
[0011]优选地所述薄膜为三层复合薄膜，其中第一层为厚度0.1
‑
0.2μm的纯钛层，第二层为厚度0.1
‑
0.5μm的钛钽交替层，第三层为厚度0.1
‑
2.5μm的所述纯钽层，所述钛钽交替层的层数为10
‑
50层；交替层为两种金属在基体上一层加一层地交替涂覆，交替层的设计主要是依靠在同种元素或同元素化合物之间形成化学键，形成不同的晶粒结构，以填充涂层间的空隙，使涂层更加致密，从而增强结合力。在本专利技术交替层中的两种金属分别与交替层之上和之下的两层对应，因此交替层既可以与上一层中的同种金属元素形成晶粒结构，也可以与下一层中的同种金属元素形成晶粒结构，还可以在交替层中形成对应的结构。如最外层纯钽层的钽金属为柱状生长，存在有孔隙，而通过同元素形成化学键使得孔隙得到填充，这种相互填充的结构极大地提高了涂层整体的结合力。
[0012]其中，靠近所述基体的5
‑
25层所述钛钽交替层中，钽的质量分数为30
‑
40%，钛的质量分数为60
‑
70%，远离所述基体的10
‑
20层所述钛钽交替层中，钽的质量分数为60
‑
70%，钛的质量分数为30
‑
40%。
[0013]在三层复合薄膜中，靠近基体的部分交替层中，钛的含量要高于钽的含量，使其更多地与基体中的钛形成化学键，而远离基体的部分交替层中，钽的含量要高于钛的含量，使其更多地与第三层纯钽层中的钽形成化学键。因此，本专利技术通过控制交替层中两种金属的含量，提高了复合薄膜之间的结合力。优选层数为20
‑
40层。
[0014]优选地，所述薄膜为四层复合薄膜，其中第一层为厚度0.1
‑
0.2μm的纯钛层，第二层为厚度0.1
‑
0.5μm的五氧化三钛层，第三层为厚度0.1
‑
0.5μm的五氧化三钛和五氧化二钽交替层，第四层为厚度0.1
‑
2.5μm的所述纯钽层，其中所述五氧化三钛和五氧化二钽交替层层数为10
‑
50层；其中，靠近所述基体的5
‑
25层所述五氧化三钛和五氧化二钽交替层中，五氧化三钛的质量分数为50
‑
70%，五氧化二钽的质量分数为30
‑
50%，远离所述基体的10
‑
20层所述五氧化三钛和五氧化二钽交替层中，五氧化三钛的质量分数为30
‑
50%，五氧化二钽的质量分数为50
‑
70%。优选层数为20
‑
40层。
[0015]其中，五氧化二钽为斜方晶系结构，五氧化三钛为斜方晶系结构，纯钽为多晶结构，与三层复合薄膜类似，四层复合薄膜中也本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种应用于创伤骨科植入物的钽涂层，其特征在于，包括为医用材料的钛/钛合金/镍钛合金基体，所述基体表面涂覆有薄膜，所述薄膜距离所述基体最远的一层为纯钽层。2.根据权利要求1所述的钽涂层，其特征在于，所述薄膜为单层纯钽薄膜，所述单层纯钽薄膜的厚度为0.1
‑
2.5μm。3.根据权利要求1所述的钽涂层，其特征在于，所述薄膜为三层复合薄膜，其中第一层为厚度0.1
‑
0.2μm的纯钛层，第二层为厚度0.1
‑
0.5μm的钛钽交替层，第三层为厚度0.1
‑
2.5μm的所述纯钽层，所述钛钽交替层的层数为10
‑
50层；其中，靠近所述基体的5
‑
25层所述钛钽交替层中，钽的质量分数为30
‑
40%，钛的质量分数为60
‑
70%，远离所述基体的10
‑
20层所述钛钽交替层中，钽的质量分数为60
‑
70%，钛的质量分数为30
‑
40%。4.根据权利要求1所述的钽涂层，其特征在于，所述薄膜为四层复合薄膜，其中第一层为厚度0.1
‑
0.2μm的纯钛层，第二层为厚度0.1
‑
0.5μm的五氧化三钛层，第三层为厚度0.1
‑
0.5μm的五氧化三钛和五氧化二钽交替层，第四层为厚度0.1
‑
2.5μm的所述纯钽层，其中所述五氧化三钛和五氧化二钽交替层层数为10
‑
50层；其中，靠近所述基体的5
‑
25层所述五氧化三钛和五氧化二钽交替层中，五氧化三钛的质量分数为50
‑
70%，五氧化二钽的质量分数为30
‑
50%，远离所述基体的10
‑
20层所述五氧化三钛和五氧化二钽交替层中，五氧化三钛的质量分数为30
‑
50%，五氧化二钽的质量分数为50
‑
70%。5.一种应用于创伤骨科植入物的钽涂层的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将基体置于工作台腔体中的样品台上；将所述腔体抽真空至（2
‑
9）
×
10
‑3Pa，随后通入溅射气氛氩气，通入流量为20
‑
80sccm，并保持所述腔体内的气压为0.1
‑
0.8Pa；设置偏压为（
‑
400V）
‑
(
‑
600V)，并清洗所述基体5
‑
30min；保持偏压和氩气流量不变，将靶材通电，开始镀膜；镀膜完毕，待冷却后放气，取出产品。6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，在镀膜的过程中，所述工作台和样品台发生旋转，所述基体发生自转；其中所述工作台的转速为0.5
‑
4r/min，所述样品台的转速为10
‑
60r/min，所述基体的转速为15
‑
80r/min。7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，镀膜的薄膜为单层纯...

【专利技术属性】
技术研发人员：石培国，姜培齐，宋国安，王路路，
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：