一种植入医疗器械表面多层结构的钽银薄膜及制备方法技术

本发明专利技术提供了一种植入医疗器械表面多层结构的钽银薄膜及制备方法，该薄膜在基体的表面从内向外依次有纯钛层、氮化钛/钽混合层、纯钽层、钽/银交替层以及氧化钽/银混合层。该钽银薄膜由多个纳米级别的涂层复合而成，并且最外层和次外层应用了钽银元素，钽银涂层应用于植入医疗器械表面，可以改善植入医疗器械的生物相容性，提高耐腐蚀性，有效降低术后的感染率并且无细胞毒性。率并且无细胞毒性。率并且无细胞毒性。

【技术实现步骤摘要】
一种植入医疗器械表面多层结构的钽银薄膜及制备方法


[0001]本专利技术涉及医用涂层领域，具体而言，为一种植入医疗器械表面多层结构的钽银薄膜及制备方法。

技术介绍

[0002]生物医用金属材料应用于临床的历史可以追溯到十五世纪，但真正规模应用还是从十九世纪80年代开始。目前，外科植入和口腔科领域常用的材料有钛及钛合金、不锈钢、钴铬钼、钽金属等。上述材料虽然能够满足常规临床使用，但在耐腐蚀性能、生物相容性以及抑菌性方面仍有待提高。
[0003]钽作为一种理想的生物医用材料，多项研究已经证明了金属钽作为骨科植入体的生物相容性、力学性能、表面摩擦系数以及骨诱导特性的独特优势；银作为一种生物医用材料，具有极强的抗菌作用，能够阻止细菌在生物医用材料表面定植、繁殖、形成细菌生物膜，降低手术后的感染率，缩短治疗周期。
[0004]虽然将钽和银结合形成的医用涂层能够满足耐腐蚀性能、生物相容性以及抑菌性的要求，但由于钽、银两种金属元素熔点相差大，无法通过熔炼获得合金材料。因此，现有技术中涂层存在钽、银元素在膜层中分布不均匀的问题，导致深层的银无法在表面产生抗菌作用并影响膜层力学性能。
[0005]有鉴于此，特提出本专利技术。

技术实现思路

[0006]本专利技术的第一目的在于提供一种植入医疗器械表面多层结构的钽银薄膜，该薄膜由多个纳米级别的涂层复合而成，并且最外层和次外层应用了钽银元素，可以改善植入医疗器械的生物相容性、耐腐蚀性，有效降低有害金属离子的释放及术后的感染率。
[0007]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植入医疗器械表面多层结构的钽银薄膜，基体的表面从内向外依次涂覆有纯钛层、氮化钛/钽混合层、纯钽层、钽/银交替层以及氧化钽/银混合层；其中，所述纯钛层厚度为20
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90nm、氮化钛/钽混合层厚度为20
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135nm、纯钽层厚度为20
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75nm、钽/银交替层厚度 为400
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800nm、氧化钽/银混合层厚度为10
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150nm，所述钽/银交替层与氧化钽/银混合层的总膜层厚度为450
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900nm；其中，所述钽/银交替层与氧化钽/银混合层中，钽的质量分数为97.0%
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99.3%，银的质量分数为0.7%
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3.0%。
[0008]本专利技术薄膜结构的最外层和次外层设置含有银元素的纳米层，利用了银离子的微释放作用，不仅能起到阻止细菌在表面定植、繁殖、形成细菌生物膜的效果，微量银还能促进骨细胞的生长和再生，加快植入医疗器械的骨结合，对于接骨板、种植体等植入医疗器械而言具有明显效果。
[0009]其中，钽/银交替层是一层钽一层银交替涂覆的，交替涂覆的结构能起到相互封闭
涂层针孔的作用，阻止基材有害离子释放并且提高薄膜整体的耐腐蚀性能。同时，还能利用钽与银之间互不相容，金属之间具有排异性的特点，达到银离子的微释放，实现持久的抗菌能力。
[0010]钽/银交替层的厚度可为400
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800nm，根据镀膜的植入医疗器械种类不同，钽/银交替层的厚度也会进行不同的选取。如对于接骨板而言，存在有钉与螺孔匹配的问题，接骨板的钽/银交替层的厚度优选为570nm、600nm、650nm、680nm以及690nm；对于骨钉而言，钽/银交替层的厚度优选为420nm、430nm、450nm、470nm以及490nm；对于人工关节，钽/银交替层的厚度优选为700nm、740nm、750nm、770nm以及780nm。
[0011]在钽/银交替层上还涂覆有氧化钽/银混合层，具有优良的耐腐蚀和生物相容性能。氧化钽/银混合层中钽元素和银元素的均匀分布，保证植入医疗器械表面的任意区域均匀的含有钽和银，使植入医疗器械表面同时具有生物相容性、耐腐蚀性和抗菌性。另一方面，氧化钽/银混合层中的钽元素和银元素还会与钽/银交替层中的相同元素形成化学键，填充涂层结构之间的孔隙，从而增加薄膜整体的结合力。
[0012]其中，选用氧化钽与银混合一方面是因为氧化钽具有优秀的生物相容性和耐腐蚀性，另一方面，金属氧化物的结构和纯金属不同，氧化钽与银之间的排异性变小，有利于提高薄膜的结合力和致密度，其特有的表面结构还可以配合银离子促进成骨细胞的粘附、分化，促进生物体内的骨键合，同时氧化钽还具有优良的化学惰性。
[0013]此外，本专利技术设计有纯钛层、氮化钛/钽混合层和纯钽层，目的是扰乱单一金属膜层的晶体结构，由单晶结构变成多晶结构，从而提高薄膜的力学性能，同时又能相互封堵涂层针孔，提高耐腐蚀性。其中，纯钛层作为打底层，可提高后续薄膜的承载能力以及薄膜与基体的结合力；氮化钛/钽混合层具有较高的硬度，为六方晶系结构和立方系结构的混合，可通过与其上下层中的相同元素形成化学键提高薄膜整体的结合力；纯钽层具有优秀的耐磨损性能，且同样也会与其上下层中的相同元素形成化学键。
[0014]另一方面，本专利技术还限定了各涂层的厚度，且钽/银交替层与氧化钽/银混合层的总膜层厚度为450
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900nm，这是由于含有钽银的涂层厚度过高会引起薄膜结合力的下降，需要将钽银涂层的厚度限定在适当的范围之内；另外本专利技术通过实验分析得到，氧化钽/银混合层厚度在10
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150nm处时，银离子既可以很好地游离到植入医疗器械表面进行微释放，也不会使银在涂层中的分布过深导致影响膜层力学。另外，银的质量分数设置为0.7%
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3.0%，能达到抗菌率＞99%，符合医用涂层的需求。
[0015]优选的，应用于骨钉的所述钽/银交替层的厚度为400
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500nm，交替层层数为55
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60层，所述钽/银交替层与氧化钽/银混合层的总膜层厚度为450
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600nm；优选的，骨钉的钽/银交替层的厚度为420
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450nm。
[0016]优选的，应用于接骨板的所述钽/银交替层的厚度为500
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700nm，交替层层数为60
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65层，所述钽/银交替层与氧化钽/银混合层的总膜层厚度为530
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820nm；优选的，接骨板的钽/银交替层的厚度为650
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700nm。
[0017]优选的，应用于人工关节的所述钽/银交替层的厚度为650
‑
800nm，交替层层数为60
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70层，所述钽/银交替层与氧化钽/银混合层的总膜层厚度为680
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900nm；优选的，人工关节的钽/银交替层的厚度为750
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780nm。
[0018]上述为本专利技术的钽银薄膜应用在骨钉、接骨板和人工关节时，钽/银交替层的厚度
以及交替层层数的优选范围。根据植入医疗器械的种类不同，植入在人体内的环境也不同，因此对于薄膜的各项性能尤其是耐腐蚀性的要求不同，需要本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种植入医疗器械表面多层结构的钽银薄膜，其特征在于，基体的表面从内向外依次涂覆有纯钛层、氮化钛/钽混合层、纯钽层、钽/银交替层以及氧化钽/银混合层；其中，所述纯钛层厚度为20
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90nm、氮化钛/钽混合层厚度为20
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135nm、纯钽层厚度为20
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75nm、钽/银交替层厚度为400
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800nm、氧化钽/银混合层厚度为10
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150nm，所述钽/银交替层与氧化钽/银混合层的总膜层厚度为450
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900nm；其中，所述钽/银交替层与氧化钽/银混合层中，钽的质量分数为97.0%
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99.3%，银的质量分数为0.7%
‑
3.0%。2.根据权利要求1所述的钽银薄膜，其特征在于，应用于骨钉的所述钽/银交替层的厚度为400
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500nm，交替层层数为55
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60层，所述钽/银交替层与氧化钽/银混合层的总膜层厚度为450
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600nm。3.根据权利要求1所述的钽银薄膜，其特征在于，应用于接骨板的所述钽/银交替层的厚度为500
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700nm，交替层层数为60
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65层，所述钽/银交替层与氧化钽/银混合层的总膜层厚度为530
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820nm。4.根据权利要求1所述的钽银薄膜，其特征在于，应用于人工关节的所述钽/银交替层的厚度为650
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800nm，交替层层数为60
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70层，所述钽/银交替层与氧化钽/银混合层的总膜层厚度为680
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900nm。5.根据权利要求1所述的钽银薄膜，其特征在于，钽/银交替层厚度为550
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580nm，交替层层数为60
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68层，氧化钽/银混合层厚度为80
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100nm，所述钽/银交替层与氧化钽/银混合层的总膜层厚度为630
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680nm；其中，所述氧化钽/银混合层中，钽的质量分数为98.0%
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99.0%，银的质量分数为1.0%
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2.0%。6.权利要求1
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5任一项所述的钽银薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：镀膜前将所述基体放入镀膜炉内的挂具上，使所述基体在镀膜时绕靶材公转且发生一级自转和二级自转，公转转速为0.5
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3r/min，一级自转转速为10

【专利技术属性】
技术研发人员：姜培齐，宋国安，宋扬，
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：