本发明专利技术公开了一种多孔钽酸钙/纳米纤维状羟基磷灰石生物活性涂层的制备工艺。其首先采用微弧氧化技术在钽表面制备含钙和磷的钽酸钙基复相层，即是以含钙和磷的水溶液为电解液，采用脉冲电源在高电压下对钽进行微弧氧化处理，然后在特定的水热环境条件下对含钙和磷的钽酸钙基复相层进行水热处理。得到的双层结构涂层具有如下结构和性能特征：内层（与基体毗邻）为钽酸钙基复相层，即由钽酸钙及微量的五氧化二钽和一氧化钽构成，在形态上呈多微孔结构；表层为纳米纤维状羟基磷灰石，呈倾斜或平行于钽酸钙基复相层两种取向。该双层结构涂层与基体之间无不连续界面，具有高的结合强度，在类体液环境中能快速诱导形成骨磷灰石，具有良好的生物活性。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于医用金属表面生物活化改性
，涉及一种钽基医用种植体表面生物活性涂层的制备技术，尤其是一种多孔钽酸钙和纳米纤维状羟基磷灰石双层结构涂层的微弧氧化和水热制备技术，以构建具有良好力学和生物学性能的人体硬组织修复与替换器件。
技术介绍
钽具有良好的生物相容性，在人造骨、髋或膝关节头假体、整形外科等方面有重要应用潜力。但钽属于生物惰性材料，在植入早期不能与骨形成化学结合，也没有促进新骨形成的能力，治愈时间较长，因此需对其进行表面生物活化改性。羟基磷灰石(HA)是人体骨骼的重要组分，具备良好的生物活性，促进新骨形成的能力较高，是进行材料表面改性的良好选择。羟基磷灰石的形态对骨形成能力有较大影响。已经知道，骨基质主要由胶原纤维和生长于其周围的HA构成，成纳米纤维形态，细胞对此结构组态呈独特的成骨效应。即使是生物惰性材料，细胞在植入材料表面的纳米纤维网络基面上的附着量不仅远高于同质致密基面，也高于胶原致密基面。纳米形态表面相比于微米形态更有利于细胞的粘附和生长。现有的等离子喷涂、激光熔覆、离子束增强沉积、磁控溅射、微弧氧化等技术可在致密金属基体表面获得羟基磷灰石，但得到的羟基磷灰石并不是纳米纤维状，与骨中无机矿物磷灰石的结晶形态相距甚远，致使其促进新骨形成的能力较低。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种多孔钽酸钙/纳米纤维状羟基磷灰石生物活性涂层的制备工艺，该工艺首先采用微弧氧化在钽基体表面制备含钙和磷的钽酸钙基复相层，即是以含钙和磷的水溶液为电解液，采用脉冲电源在高电压下对钽基体进行微弧氧化，然后在特定的水热环境条件下对含钙和磷的钽酸钙基复相层进行水热处理。得到的双层结构涂层具有如下结构和性能特征内层(与基体毗邻)为钽酸钙基复相层，即由钽酸钙及微量的五氧化二钽和一氧化钽构成，在形态上呈多微孔结构；表层为纳米纤维状羟基磷灰石，纤维呈倾斜或平行于钽酸钙基复相层两种取向。该双层结构涂层与基体之间无不连续界面，具有高的结合强度。在类体液环境中能快速诱导形成骨磷灰石，具有良好的生物活性。本专利技术的目的是通过以下技术方案来解决的这种钽基表面双层生物活性涂层的制备工艺，包括以下步骤I)钽的微弧氧化将O. I O. 5M 的(CH3COO) 2Ca 溶液和 O. 01 O. 06M 的 β -C3H7Na2O6P ( β _GP)溶液之一种或其复配水溶液制成电解液，以金属钽片为阳极、不锈钢为阴极置于电解液中；采用直流脉冲电源，在正电压450 510伏特、负电压50 100伏特、频率50 3000赫兹、占空比10 40%、阴阳极板间距8 10厘米、电解液温度10 40°C的条件下，对钽片进行3 20分钟的微弧氧化处理，得到含钙和磷的钽酸钙基复相层； 2)含钙和磷的钽酸钙基复相层的水热处理将浓度为O. 002 O. 04M的β -C3H7Na2O6P溶液注入水热反应釜中，溶液填充度为5% 30%,并将钽酸I丐基复相层/钽片样品悬挂于溶液上方或浸泡入溶液中，在100 200°C的条件下对其水热处理I 24小时，即可在钽表面得到所述双层结构涂层。以上方法得到的双层结构涂层，内层(与基体毗邻)为钽酸钙基复相层，即由钽酸钙及微量的五氧化二钽和一氧化钽构成，其厚度为24 27微米，在形态上呈多微孔结构，孔径为3 5微米；表层为纳米纤维状羟基磷灰石，纤维直径为40 90纳米，呈倾斜或平行于钽酸钙基复相层两种取向。该双层结构涂层与基体之间无不连续界面，具有高的结合强度。本专利技术具有以下有益效果I)本专利技术配制的微弧氧化电解液和水热溶液成分简单，易于控制，不含易分解成分，且工艺稳定；2)本专利技术的双层结构涂层与基体之间无不连续界面，具有高的结合强度；3)本专利技术制得的生物活性涂层具有良好的生物活性，在模拟体液中能快速的诱导出羟基磷灰石；4)本专利技术双层结构涂层中羟基磷灰石的纳米纤维形态可显著促进细胞的粘附和生长。附图说明图I使用本专利技术经过微弧氧化处理所制备的含磷和钙的钽酸钙基复相层(实施例I微弧氧化层)的表面形貌和断面形貌SEM照片；图2使用本专利技术经过微弧氧化和水热处理复合工艺所制备纤维涂层(实施例I涂层)的表面形貌和断面形貌SEM照片；图3使用本专利技术经过微弧氧化和水热处理复合工艺所制备纤维涂层(实施例2涂层)的表面形貌和断面形貌SEM照片；图4使用本专利技术经过微弧氧化和水热处理复合工艺所制备纤维涂层(实施例4涂层)的表面形貌SEM照片。具体实施例方式下面结合附图对本专利技术做进一步详细描述实施例I将含O. 2M的(CH3COO) 2Ca与O. 02M的β -C3H7Na2O6P的水溶液作为电解液。以金属钽片为阳极、不锈钢为阴极，采用直流脉冲电源，在正电压470伏特、负电压100伏特、频率100赫兹、占空比26%的条件下对钽片进行5分钟的微弧氧化处理，得到含钙和磷的钽酸钙基复相层，其表面和断面微观形貌SEM照片分别参阅图1(a)和(b)。然后将微弧氧化处理后得到的钽酸钙基复相层/钽片样品悬挂于水热反应釜中浓度为O. OlM的β -C3H7Na2O6P水溶液的上方，溶液填充度为15%，在140°C条件下对其水热处理3小时，可得到排列紧密的、倾斜于钽酸钙基复相层的纤维，纤维直径为40 60纳米，长度为0. 3 0. 5微米，其表面和断面微观形貌SEM照片分别參阅图2(a)和(b)。涂层与钽基体的结合强度为36. 85N。在模拟体液环境中具有良好的生物活性，4天时诱导出的磷灰石完全覆盖纤维涂层表面。实施例2将含0. 2M的(CH3COO) 2Ca与0. 02M的3 -C3H7Na2O6P的水溶液作为电解液。以金属钽片为阳 极、不锈钢为阴极，采用直流脉冲电源，在正电压470伏持、负电压100伏特、频率100赫兹、占空比26%的条件下对钽片进行5分钟的微弧氧化处理，得到含钙和磷的钽酸钙基复相层。然后将微弧氧化处理后得到的钽酸钙基复相层/钽片样品悬挂于水热反应釜中浓度为0. OlM的P -C3H7Na2O6P水溶液的上方，溶液填充度为15%，在140°C的条件下对其水热处理24小时，可得到排列紧密的、平行于钽酸钙基复相层的纤维，纤维直径约为40 60纳米，长度大于3微米，纤维层的厚度约为I微米，其表面和断面微观形貌SEM照片分别參阅图3(a)和(b)。涂层与钽基体的结合强度为32N。在模拟体液环境中具有良好的生物活性，3天时诱导出的磷灰石完全覆盖纤维涂层表面。实施例3将含0. 2M的(CH3COO) 2Ca与0. 02M的3 -C3H7Na2O6P的水溶液作为电解液。以金属钽片为阳极、不锈钢为阴极，采用直流脉冲电源，在正电压470伏持、负电压100伏特、频率100赫兹、占空比26%的条件下对钽片进行5分钟的微弧氧化处理，得到含钙和磷的钽酸钙基复相层，然后将微弧氧化处理后得到的钽酸钙基复相层/钽片样品浸泡入水热反应釜中浓度为0. OlM的P -C3H7Na2O6P水溶液内，溶液填充度为15%，在140°C条件下对其水热处理3小时，可得到排列紧密的、平行于钽酸钙基复相层的纤维，纤维直径约为40 60纳米，长度约为I微米。实施例4将含0. 2M的(CH3COO) 2Ca与0. 02M的3 -C3H7Na2O6P的水溶液作为电解本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.ー种多孔钽酸钙/纳米纤维状羟基磷灰石生物活性涂层的制备エ艺，其特征在干，包括以下步骤 1)钽的微弧氧化将 0. I 0. 5M 的(CH3COO)2Ca 溶液和 0. 01 0. 06M 的 ^ -C3H7Na2O6P ( ^ -GP)溶液之ー种或其复配水溶液制成电解液，以金属钽片为阳极、不锈钢为阴极置于电解液中；采用直流脉冲电源，在正电压450 510伏特、负电压50 100伏特、频率50 3000赫兹、占空比10 40%、阴阳极板间距8 10厘米、电解液温度10 40°C的条件下，对钽片进行3 20分钟的微弧氧化处理，得到含钙和磷的钽酸钙基复相层； 2)含钙和磷...
【专利技术属性】
技术研发人员：憨勇，王翠翠，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：
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