專利名稱：一種具有非均質(zhì)涂層的醫(yī)用材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種醫(yī)用生物材料，尤其是一種表面具有兩種功能不同的微米級區(qū)塊構(gòu)成的非均質(zhì)涂層的、用于硬組織修復(fù)的醫(yī)用材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
由于骨與牙齒等硬組織多位于承載部位，相應(yīng)地，在考慮其植入物能否與活體組織產(chǎn)生良好的鍵合的同時，其力學(xué)性能十分重要。但單一的材料很難滿足兼顧力學(xué)性能和生物活性性能的要求。目前多采用在醫(yī)用金屬基體表面涂覆一層能夠沉積類骨質(zhì)磷灰石的活性涂層的方式。如中國專利CN1064610采用等離子噴涂工藝在齒科金屬表面制備了一層羥基磷灰石涂層，中國專利CN1270841采用水熱法合成納米羥基磷灰石生物涂層等等。但是羥基磷灰石涂層存在著幾個顯著的不足之處首先，其溶解度相對較大，這將造成涂層的長效性下降。其次，其活性仍不夠強，難以促進植入物與人體組織的相互作用，達到加速新骨再生以及材料與骨組織快速整合的目的。同時，制備方法對涂層的性能起到非常重要的作用，如等離子噴涂的涂層由于其制備過程中的高溫造成羥基磷灰石的分解，使得涂層的長效性愈發(fā)下降。
盡管材料表面的涂層只有數(shù)個到數(shù)十個微米厚，但是，由于材料與組織相互作用開始于材料的最外層表面，因此，涂層表面的結(jié)構(gòu)對其與組織相互作用的性能有著決定性的作用。組織與材料的作用首先體現(xiàn)在細胞與材料的作用上，通常，可分為細胞附著與發(fā)揮功能兩個過程。由于成骨細胞大小視鋪展與否一般為幾個微米到幾十個微米不等，而且相互之間需要存在一定的空間以便發(fā)揮成骨功能及生物礦化，這說明理想材料表面在微米尺度上應(yīng)是非均質(zhì)的，不均勻的部分微米區(qū)域應(yīng)該有利于細胞的附著，而其它的微米級區(qū)域則應(yīng)該不利于細胞附著，而有利于其后細胞功能的發(fā)揮。有鑒于此，制備非均質(zhì)的，具有不同功能微米區(qū)域的涂層將能起到事半功倍之效。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種性能優(yōu)異的具有非均質(zhì)涂層的醫(yī)用材料及其制備方法。
本發(fā)明的具有非均質(zhì)涂層的醫(yī)用材料是由醫(yī)用基體和涂覆在基體表面的非均質(zhì)涂層組成，所說的非均質(zhì)涂層是在含錳和含氟的鈣磷酸鹽涂層中分布大小為200nm～20μm的含鋅、鎂或鍶的鈣磷酸鹽或鈣碳酸鹽團聚體形成。
上述的醫(yī)用基體可以采用氧化鋁陶瓷，金屬鈦，鈦合金，鈷鉻鉬合金或醫(yī)用不銹鋼。
具有非均質(zhì)涂層的醫(yī)用材料的制備方法，包括以下步驟1)將含有鋅、鎂、鍶三種離子中的一種或幾種的納米級鈣磷酸鹽或鈣碳酸鹽粉末分散于液態(tài)醇或氯仿中，同時加入卵磷脂劇烈攪拌并施以超聲波乳化成為乳濁液A；相對于液態(tài)醇或氯仿，鈣磷酸鹽或鈣碳酸鹽粉末的用量按重量體積計為0.5％～50％，卵磷脂的用量按重量體積計為0.1％～10％；2)將磷酸酯或部分酯化的磷酸、可溶于醇的鈣鹽、錳鹽和含氟化合物溶解于液態(tài)醇中形成溶膠液B，Ca/P摩爾比為1～2，Mn/Ca摩爾比0.0001～0.05，F(xiàn)/Ca摩爾比為0.001～0.2；3)將A液與B液按體積比1∶50～2∶1混合形成涂膜液，用溶膠-凝膠浸漬提拉法、旋涂法、浸漬提拉結(jié)合離心法或溶液熱噴涂法在醫(yī)用基體表面涂層，在500～700℃熱處理，即可。
本發(fā)明中，所述的含有鋅、鎂、鍶的鈣磷酸鹽或鈣碳酸鹽粉末選自α-磷酸三鈣，β-磷酸三鈣，碳酸鈣，缺鈣羥基磷灰石，羥基磷灰石，碳酸鹽取代磷灰石，磷酸氫鈣，二水合磷酸氫鈣或非晶態(tài)鈣磷酸鹽羥基磷灰石粉末中的一種或幾種。所說的液態(tài)醇是甲醇、乙醇、丙醇或丁醇。所說的磷酸酯可以是磷酸三丁酯、磷酸三乙酯、亞磷酸三丁酯或亞磷酸三乙酯；所說的部分酯化的磷酸是部分OH被乙醇基或丁醇基取代的磷酸，其分子式為PO(OH)X(OR)3-X，式中R為醇基，X等于1或2。所說的可溶于醇的鈣鹽是鈣的硝酸鹽或乙酸鹽；可溶于醇的錳鹽是錳的硝酸鹽或乙酸鹽。含氟化合物可以是六氟磷酸(HPF6)、六氟磷酸銨(NH4PF6)、三氟乙酸(CF3COOH)、單氟磷酸(H2PO3F)或氟化銨(NH4F)。如使用三氟乙酸，應(yīng)按1∶1的比例在混合液中加入三乙醇胺以降低溶液的酸性，抑制氟的揮發(fā)。
以公知常規(guī)的溶膠-凝膠浸漬提拉法、旋涂法或浸漬提拉結(jié)合離心法制備涂層，可通過多次重復(fù)使基體上的涂層達到所需的厚度。一般提拉基體速度控制在1cm/min～20cm/min之間，旋涂法控制轉(zhuǎn)速在1000rpm～4000rpm之間。
為利于成膜，通?？刹捎迷诘獨鈿夥栈蚝写颊魵?甲醇，乙醇，丙醇或丁醇)的空氣氣氛保護下進行熱處理，即在熱處理過程中使基體始終處于氣氛保護下，以調(diào)節(jié)液膜中溶劑的揮發(fā)速度并抑制干膠膜吸收水份。
本發(fā)明中的非均質(zhì)涂層具有兩種異質(zhì)的功能區(qū)塊表面其中含錳或含氟的鈣磷酸鹽涂層表面是具有高表面電勢的“吸附區(qū)塊”，有利于促進細胞在其表面的吸附，另一種含鋅、鎂或鍶的鈣磷酸鹽或鈣碳酸鹽團聚體是具有離子釋放功能的“緩釋區(qū)塊”，通過釋放有益離子的方式促進細胞發(fā)揮蛋白質(zhì)分沁、促進礦化等功能。另外，涂層基質(zhì)溶解度較低，而且涂層與金屬基板的結(jié)合強度高，確保了涂層的長期穩(wěn)定性。


圖1是非均質(zhì)涂層示意圖，圖中分布的顆粒為含鋅、鎂或鍶的鈣磷酸鹽或鈣碳酸鹽團聚體。
具體實施例方式
以下結(jié)合實例進一步說明本發(fā)明。
實施例1將含鋅的納米級α-磷酸三鈣粉末分散于甲醇中，同時加入卵磷脂劇烈攪拌并施以超聲波乳化成為乳濁液A；相對于甲醇，α-磷酸三鈣粉末的用量按重量體積計為0.5％，卵磷脂的用量按重量體積計為0.1％；將磷酸酯，硝酸鈣，硝酸錳和六氟磷酸溶解于甲醇中形成溶膠液B，Ca/P摩爾比為1，Mn/Ca摩爾比0.0001，F(xiàn)/Ca摩爾比為0.001。將A液與B液按體積比1∶50混合形成涂膜液，用溶膠-凝膠浸漬提拉法在醫(yī)用基體表面涂層，在500℃氮氣氣氛下熱處理，即可。醫(yī)用基體表面的非均質(zhì)涂層的結(jié)構(gòu)如圖1所示。
實施例2將含鎂的納米級β-磷酸三鈣粉末分散于乙醇中，同時加入卵磷脂劇烈攪拌并施以超聲波乳化成為乳濁液A；相對于乙醇，β-磷酸三鈣粉末的用量按重量體積計為1％，卵磷脂的用量按重量體積計為5％；將磷酸酯，硝酸鈣，硝酸錳和氟化銨溶解于乙醇中形成溶膠液B，Ca/P摩爾比為2，Mn/Ca摩爾比0.05，F(xiàn)/Ca摩爾比為0.2。將A液與B液按體積比1∶1混合形成涂膜液，用旋涂法在醫(yī)用基體表面涂層，在600℃氮氣氣氛下熱處理，即可。
實施例3將含鍶的納米級碳酸鈣粉末分散于乙醇中，同時加入卵磷脂劇烈攪拌并施以超聲波乳化成為乳濁液A；相對于乙醇，碳酸鈣粉末的用量按重量體積計為25％，卵磷脂的用量按重量體積計為6％；將磷酸酯，硝酸鈣，硝酸錳和單氟磷酸溶解于乙醇中形成溶膠液B，Ca/P摩爾比為1.67，Mn/Ca摩爾比0.005，F(xiàn)/Ca摩爾比為0.05。將A液與B液按體積比1∶25混合形成涂膜液，用溶液熱噴涂法在醫(yī)用基體表面涂層，在700℃含有乙醇蒸氣的空氣氣氛下熱處理，即可。
實施例4將含鋅的納米級羥基磷灰石粉末分散于丙醇中，同時加入卵磷脂劇烈攪拌并施以超聲波乳化成為乳濁液A；相對于丙醇，級羥基磷灰石粉末的用量按重量體積計為50％，卵磷脂的用量按重量體積計為10％；將磷酸酯，硝酸鈣，硝酸錳和三氟乙酸溶解于丙醇中形成溶膠液B，Ca/P摩爾比為1.5，Mn/Ca摩爾比0.01，F(xiàn)/Ca摩爾比為0.15。將A液與B液按體積比2∶1混合形成涂膜液，用溶液熱噴涂法在醫(yī)用基體表面涂層，在600℃含有丙醇蒸氣的空氣氣氛下熱處理，即可。
權(quán)利要求
1.一種具有非均質(zhì)涂層的醫(yī)用材料，其特征是由醫(yī)用基體和涂覆在基體表面的非均質(zhì)涂層組成，所說的非均質(zhì)涂層是在含錳和含氟的鈣磷酸鹽涂層中分布大小為200nm～20μm的含鋅、鎂或鍶的鈣磷酸鹽或鈣碳酸鹽團聚體形成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有非均質(zhì)涂層的醫(yī)用材料，其特征是所說的醫(yī)用基體為氧化鋁陶瓷，金屬鈦，鈦合金，鈷鉻鉬合金或醫(yī)用不銹鋼。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有非均質(zhì)涂層的醫(yī)用材料的制備方法，其特征是包括以下步驟
1)將含有鋅、鎂、鍶三種離子中的一種或幾種的納米級鈣磷酸鹽或鈣碳酸鹽粉末分散于液態(tài)醇或氯仿中，同時加入卵磷脂劇烈攪拌并施以超聲波乳化成為乳濁液A；相對于液態(tài)醇或氯仿，鈣磷酸鹽或鈣碳酸鹽粉末的用量按重量體積計為0.5％～50％，卵磷脂的用量按重量體積計為0.1％～10％；
2)將磷酸酯或部分酯化的磷酸、可溶于醇的鈣鹽、錳鹽和含氟化合物溶解于液態(tài)醇中形成溶膠液B，Ca/P摩爾比為1～2，Mn/Ca摩爾比0.0001～0.05，F(xiàn)/Ca摩爾比為0.001～0.2；
3)將A液與B液按體積比1∶50～2∶1混合形成涂膜液，用溶膠-凝膠浸漬提拉法、旋涂法、浸漬提拉結(jié)合離心法或溶液熱噴涂法在醫(yī)用基體表面涂層，在500～700℃熱處理，即可。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的具有非均質(zhì)涂層的醫(yī)用材料的制備方法，其特征是所述的含有鋅、鎂、鍶的鈣磷酸鹽或鈣碳酸鹽粉末選自α-磷酸三鈣，β-磷酸三鈣，碳酸鈣，缺鈣羥基磷灰石，羥基磷灰石，碳酸鹽取代磷灰石，磷酸氫鈣，二水合磷酸氫鈣或非晶態(tài)鈣磷酸鹽羥基磷灰石粉末中的一種或幾種。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的具有非均質(zhì)涂層的醫(yī)用材料的制備方法，其特征是所述的液態(tài)醇是甲醇、乙醇、丙醇或丁醇；
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的具有非均質(zhì)涂層的醫(yī)用材料的制備方法，其特征在于所述的磷酸酯是磷酸三丁酯、磷酸三乙酯、亞磷酸三丁酯或亞磷酸三乙酯；所述的部分酯化的磷酸是部分OH被乙醇基或丁醇基取代的磷酸，其分子式為PO(OH)x(OR)3-x，式中R為醇基，X等于1或2。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的具有非均質(zhì)涂層的醫(yī)用材料的制備方法，其特征在于所述的可溶于醇的鈣鹽是鈣的硝酸鹽或乙酸鹽；可溶于醇的錳鹽是錳的硝酸鹽或乙酸鹽；含氟化合物是六氟磷酸、六氟磷酸銨、三氟乙酸、單氟磷酸或氟化銨。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的具有非均質(zhì)涂層的醫(yī)用材料的制備方法，其特征是熱處理在氮氣氣氛或含有醇蒸氣的空氣氣氛保護下進行。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種具有非均質(zhì)的涂層的醫(yī)用材料及其制備方法。它由醫(yī)用基體和涂覆在基體表面的非均質(zhì)涂層組成，所說的非均質(zhì)涂層是在含錳和含氟的鈣磷酸鹽涂層中分布大小為200nm～20μm的含鋅、鎂或鍶的鈣磷酸鹽或鈣碳酸鹽團聚體形成。其中含錳或含氟的鈣磷酸鹽涂層表面具有高表面電勢吸附功能，有利于促進細胞在其表面的吸附，含鋅、鎂或鍶的鈣磷酸鹽或鈣碳酸鹽團聚體具有離子釋放功能，通過釋放有益離子的方式促進細胞發(fā)揮蛋白質(zhì)分泌、促進礦化等。本發(fā)明的醫(yī)用材料能夠促進細胞在其表面的附著及增殖，具有強化的生物活性性能。而且涂層與金屬基板的結(jié)合強度高，穩(wěn)定性好。
文檔編號A61K6/02GK1775305SQ200510060929
公開日2006年5月24日 申請日期2005年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月28日
發(fā)明者程逵, 苗順東, 翁文劍, 宋晨路, 杜丕一, 沈鴿, 趙高凌, 張溪文, 徐剛, 汪建勛, 韓高榮 申請人:浙江大學(xué)