專(zhuān)利名稱(chēng)：金屬植入物及其表面處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種金屬植入物及其表面處理的方法，且尤其涉及一種表面型態(tài)為微 米級(jí)凹洞具有一納米級(jí)纖維網(wǎng)絡(luò)的金屬植入物及其表面處理的方法。
背景技術(shù)：
目前，在金屬植入物(implant)表面形成多孔結(jié)構(gòu)的方法有多種，例如噴砂法 (sand blasting)或酸蝕法(acid etching)，通過(guò)上述方法可使金屬植入物的表面粗糙度 增加，如此可利于金屬植入物植入生物體內(nèi)后細(xì)胞攀附促使傷口愈合時(shí)間縮短。舉例來(lái)說(shuō)，美國(guó)專(zhuān)利字號(hào)US5609633揭示一種金屬植入物的表面處理方法，此方 法利用堿蝕搭配熱處理(Alkali-heat treatment,AH)的條件，可以在金屬植入物的表面上 產(chǎn)生納米纖維層，此納米纖維層可以促進(jìn)磷酸鈣沉積，具有骨細(xì)胞誘導(dǎo)性，而骨細(xì)胞誘導(dǎo)性 則可以加速植入物周?chē)M織復(fù)原速率。但是，此金屬植入物的表面處理方法在金屬植入物表面所產(chǎn)生的納米纖維層很脆 弱，容易在植入手術(shù)過(guò)程中就被破壞。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種金屬植入物，其表面型態(tài)為微米級(jí)凹洞具有一納米級(jí)纖維網(wǎng)絡(luò)。另外，本發(fā)明另提供一種金屬植入物的表面處理的方法，可以產(chǎn)生一種表面型態(tài) 為微米級(jí)凹洞具有一納米級(jí)纖維網(wǎng)絡(luò)的金屬植入物。本發(fā)明提出一種金屬植入物，金屬植入物的表面具有多個(gè)微米級(jí)凹洞，且微米級(jí) 凹洞具有一納米級(jí)纖維網(wǎng)絡(luò)，其微米級(jí)凹洞的孔徑介于1微米至100微米之間，納米級(jí)纖維 網(wǎng)絡(luò)包含多個(gè)納米級(jí)孔洞，且納米級(jí)孔洞的孔徑介于10納米至1000納米之間。在本發(fā)明一實(shí)施例中，其中所述的微米級(jí)凹洞還包含多個(gè)次微米級(jí)凹洞，且該些 次微米級(jí)凹洞的孔徑介于100納米至1000納米之間。在本發(fā)明一實(shí)施例中，其中所述的金屬植入物為一鈦金屬或一含鈦元素的合金。在本發(fā)明一實(shí)施例中，其中所述的微米級(jí)凹洞是借助一噴砂處理或一噴砂后酸蝕 工藝所產(chǎn)生。在本發(fā)明一實(shí)施例中，其中所述的納米級(jí)纖維網(wǎng)絡(luò)借助一堿蝕處理或堿蝕處理搭 配一酸洗處理及一熱處理所產(chǎn)生。在本發(fā)明一實(shí)施例中，其中所述的納米級(jí)纖維網(wǎng)絡(luò)的成份為一金紅石相氧化鈦或 一銳鈦礦相氧化鈦。另外，本發(fā)明提出一種金屬植入物的表面處理方法，包括提供一金屬植入物；在 該金屬植入物的表面進(jìn)行一第一表面處理，以在該金屬植入物的表面形成多個(gè)微米級(jí)凹 洞；及在該金屬植入物的表面進(jìn)行一第二表面處理，以在該些微米級(jí)凹洞生成一納米級(jí)纖 維網(wǎng)絡(luò)，其中該第二表面處理步驟為一堿蝕處理。在本發(fā)明一實(shí)施例中，其中所述的堿蝕處理后更包括一酸洗處理以及一熱處理。
在本發(fā)明一實(shí)施例中，其中所述的金屬植入物為一鈦金屬或一含鈦元素的合金。在本發(fā)明一實(shí)施例中，其中所述的微米級(jí)凹洞的孔徑介于1微米至100微米之間。在本發(fā)明一實(shí)施例中，其中所述的納米級(jí)纖維網(wǎng)絡(luò)包含多個(gè)納米級(jí)孔洞，且該些 納米級(jí)孔洞的孔徑介于10納米至1000納米之間。在本發(fā)明一實(shí)施例中，其中所述的第一表面處理為一噴砂處理。在本發(fā)明一實(shí)施例中，其中所述的第一表面處理為一噴砂后酸蝕處理，用以在該 些微米級(jí)凹洞內(nèi)生成多個(gè)次微米級(jí)凹洞，且該些次微米級(jí)凹洞的孔徑介于100納米至1000 納米之間。在本發(fā)明一實(shí)施例中，其中所述的堿蝕處理使用的堿蝕化合物為含一鈉離子 (Na+)、一鉀離子(K+)或一鈣離子(Ca2+)的氫氧化物。在本發(fā)明一實(shí)施例中，其中所述的酸洗處理使用的酸液為鹽酸(HCl)或硫酸 (H2SO4)。綜上所述，本發(fā)明的金屬植入物，經(jīng)噴砂或噴砂-酸洗處理后的表面可產(chǎn)生微米 級(jí)凹洞，進(jìn)行堿蝕-酸洗-熱處理(Alkali-Acid-heat treatment, AAH)后，金屬植入物的 表面可呈現(xiàn)納米級(jí)纖維網(wǎng)絡(luò)，由于納米級(jí)纖維網(wǎng)絡(luò)其成分為氧化鈦，具有骨生物活性且可 促進(jìn)磷酸鈣沉積，適用于植入生物體內(nèi)，此外微米級(jí)凹洞可保護(hù)納米級(jí)纖維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，減少 其在植入手術(shù)中被破壞的機(jī)率。為讓本發(fā)明的上述特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉實(shí)施例，并配合所附圖式， 作詳細(xì)說(shuō)明如下。


圖1是本發(fā)明一實(shí)施例金屬植入物的示意圖；圖2是本發(fā)明金屬植入物表面處理方法的流程圖；圖3A是倍率為500倍金屬植入物的表面SEM圖；圖;3B是倍率為2500倍金屬植入物的表面SEM圖；圖4是金屬植入物的的表面SEM圖；圖5A是進(jìn)行噴砂處理的鈦金屬表面照片；圖5B是未進(jìn)行噴砂處理的鈦金屬表面照片；圖6是金屬植入物的的表面SEM圖；圖7是金屬植入物的的表面SEM圖；圖8A是金屬植入物的的表面SEM圖；圖8B是圖8A的a處放大圖；圖8C是圖8B的b處放大圖；其中，附圖標(biāo)記SlOO S300流程步驟10 微米級(jí)凹洞20 次微米級(jí)凹洞30 納米級(jí)纖維網(wǎng)絡(luò)
具體實(shí)施例方式圖1是本發(fā)明一實(shí)施例金屬植入物的示意圖，請(qǐng)參閱圖1，金屬植入物的表面具有 多個(gè)微米級(jí)凹洞10，且微米級(jí)凹洞10具有多個(gè)次微米孔洞20，次微米孔洞20具有一納米 級(jí)纖維網(wǎng)絡(luò)39，微米級(jí)凹洞10的孔徑介于1微米至100微米之間，次微米級(jí)凹洞20的孔徑 介于100納米至1000納米之間，納米級(jí)纖維網(wǎng)絡(luò)30包含多個(gè)納米級(jí)孔洞，且納米級(jí)孔洞之 孔徑介于10納米至1000納米之間。換言之，金屬植入物的表面具有多個(gè)微米級(jí)凹洞10，且每個(gè)微米級(jí)凹洞10內(nèi)都含 有次微米級(jí)凹洞20，每個(gè)次微米級(jí)凹洞20內(nèi)含有一納米級(jí)纖維網(wǎng)絡(luò)30，而這些納米級(jí)纖維 網(wǎng)絡(luò)30為一類(lèi)似海棉的結(jié)構(gòu)，因此納米級(jí)纖維網(wǎng)絡(luò)30包括多個(gè)納米級(jí)孔洞。圖2是本發(fā)明金屬植入物表面處理方法的流程圖。請(qǐng)參閱圖2，金屬植入物表面處 理的方法包括首先，提供一金屬植入物(步驟S100)。金屬植入物為一鈦金屬或一含鈦元 素的合金。之后，在該金屬植入物的表面進(jìn)行一第一表面處理(步驟S200)，以在該金屬植入 物的表面形成多個(gè)微米級(jí)凹洞，須特別說(shuō)明的是，這里所述的多個(gè)微米級(jí)凹洞的孔徑介于1 微米至100微米之間。詳言之，第一表面處理(步驟S200)可以是一噴砂處理或者是一噴砂后酸蝕處理。 噴砂處理的操作方式為以一砂體對(duì)一金屬植入物進(jìn)行砂涂，其中這里所述砂體的顆粒大 小為粒徑小于400微米的陶瓷砂體(如氧化鋁砂或二氧化鈦砂)，如此噴砂處理過(guò)后的金 屬植入物表面會(huì)具有多個(gè)微米級(jí)凹洞。噴砂后酸蝕處理的操作方式為先進(jìn)行上述的噴砂處理，之后再進(jìn)行一酸蝕處理。 詳言之，酸蝕處理為將金屬植入物浸泡于一酸性溶液中，酸性溶液可為硫酸、過(guò)氧化氫、鹽 酸或混合酸，這里所指的混合酸可為上述酸液搭配其它酸液或上述酸液所組成的酸性溶 液。由于噴砂處理會(huì)在金屬植入物表面會(huì)產(chǎn)生微米級(jí)凹洞，而酸蝕處理會(huì)在這些微米級(jí)凹 洞內(nèi)再形成多個(gè)次微米級(jí)凹洞，其中這里所指的次微米級(jí)凹洞的孔徑介于100納米至1000 納米之間。第一表面處理(步驟S200)之后，在該金屬植入物的表面進(jìn)行一第二表面處理 (步驟S300)，以在微米級(jí)凹洞或次微米級(jí)凹洞內(nèi)生成一納米級(jí)纖維網(wǎng)絡(luò)。詳言之，這里所 指的納米級(jí)纖維網(wǎng)絡(luò)包含多個(gè)納米級(jí)孔洞，且該些納米級(jí)孔洞的孔徑介于10納米至1000 納米之間。此納米級(jí)纖維網(wǎng)絡(luò)的成份為一金紅石相氧化鈦或一銳鈦礦相氧化鈦，因此具有 骨生物活性且可以促進(jìn)磷酸鈣沉積。第二表面處理(步驟S300)步驟可為一堿蝕處理或者是堿蝕處理搭配一酸洗處理 以及一熱處理進(jìn)行。堿蝕處理的操作方式為將金屬植入物浸泡于一堿性溶液，其中堿性溶 液包含多個(gè)堿蝕化合物，而堿蝕化合物為鈉離子(Na+)、鉀離子(K+)或鈣離子(Ca2+)的氫氧 化物。酸洗處理的操作方式為將金屬植入物浸泡于一酸性溶液，其中這里所述的酸性溶 液為鹽酸(HCl)或硫酸(H2SO4)。熱處理的操作方式為將金屬植入物至于一均勻受熱的空間，以及提供其適當(dāng)溫 度。其中熱處理的反應(yīng)溫度范圍可介于400至800°C之間，反應(yīng)時(shí)間范圍可介于30分鐘至 8小時(shí)之間。
當(dāng)金屬植入物進(jìn)行第一表面處理后，噴砂處理后的金屬植入物可以呈現(xiàn)不同色澤 (例如灰色)，因此醫(yī)療器材產(chǎn)品具明顯的辨識(shí)度；此外，第一表面處理后產(chǎn)生的微米級(jí)凹 洞可以保護(hù)第二表面處理產(chǎn)生的納米級(jí)纖維網(wǎng)絡(luò)，減少納米級(jí)纖維網(wǎng)絡(luò)在植入手術(shù)中被破 壞的機(jī)率。以下舉出具體實(shí)施例1來(lái)說(shuō)明本發(fā)明，但是本發(fā)明并不僅限于以下的實(shí)施例。實(shí)施例1實(shí)施例1的金屬植入物以一鈦金屬為例，鈦金屬表面經(jīng)100微米的氧化鋁砂進(jìn)行 噴砂處理(第一表面處理)后，鈦金屬的表面會(huì)產(chǎn)生孔洞直徑約10微米的微米級(jí)凹洞，之 后把鈦金屬置于5M氫氧化鈉水溶液4小時(shí)后，再置于50mM的鹽酸水溶液HCl (aq) 3小時(shí)， 最后于600°C的環(huán)境下熱處理1小時(shí)(第二表面處理)，通過(guò)第一表面處理搭配第二表面處 理后，鈦金屬的表面結(jié)構(gòu)結(jié)果如圖3所示。請(qǐng)參閱圖3，圖3A及圖;3B分別為倍率為500倍及2500倍時(shí)實(shí)施例1的金屬植入 物的表面SEM圖，由圖3A及圖:3B可知，金屬植入物的表面包含多個(gè)微米級(jí)凹洞，且這些微 米級(jí)凹洞包含納米級(jí)纖維網(wǎng)絡(luò)。把實(shí)施例1的鈦金屬浸泡模擬體液(SBF)中一天后，結(jié)果圖4所示，由圖4可知， 金屬植入物浸泡模擬體液中一天后，其表面有圓球型的磷酸鈣顆粒生成，因此，本發(fā)明的金 屬植入物的表面結(jié)構(gòu)具有骨生物活性，且可以促進(jìn)磷酸鈣沉積。另外，把實(shí)施例1的鈦金屬(A組)以正常植入流程鎖入仿骨(saw-bone)中，再 退出觀察表面型態(tài)，并比較僅進(jìn)行上述第二表面處理(無(wú)進(jìn)行第一表面處理)的鈦金屬(B 組)，以相同方式鎖入仿骨中，再退出觀察表面型態(tài)的表面型態(tài)。由圖5A可知，未進(jìn)行噴砂 處理的鈦金屬(B組)，其鈦金屬表面有明顯刮傷，而由圖5B可知，有進(jìn)行噴砂處理的鈦金屬 (A組)，其鈦金屬表面的孔洞仍舊維持其粗糙度。此外，以電子顯微鏡觀察B組的鈦金屬表面結(jié)構(gòu)，在鎖入實(shí)驗(yàn)前，B組的鈦金屬表 面雖有呈現(xiàn)納米級(jí)纖維網(wǎng)絡(luò)(圖6)，但在鎖入實(shí)驗(yàn)后，其納米級(jí)纖維網(wǎng)絡(luò)都被磨平(圖7)。同樣地，以電子顯微鏡觀察A組的鈦金屬表面結(jié)構(gòu)，請(qǐng)參考圖8A、8B及8C，雖然A 組的鈦金屬在鎖入實(shí)驗(yàn)后的粗糙表面較高處已被磨平，但是在微米級(jí)凹洞內(nèi)的納米級(jí)纖維 網(wǎng)絡(luò)仍十分完整，因此，微米級(jí)凹洞可以保護(hù)第一表面處理產(chǎn)生的納米級(jí)纖維網(wǎng)絡(luò)，減少納 米級(jí)纖維網(wǎng)絡(luò)在植入手術(shù)中被破壞的機(jī)率。綜上所述，本發(fā)明的金屬植入物，經(jīng)噴砂或噴砂-酸洗處理后的表面可產(chǎn)生微米 級(jí)凹洞，進(jìn)行堿蝕-酸洗-熱處理(Alkali-Acid-heat treatment, AAH)后，金屬植入物的 表面可呈現(xiàn)納米級(jí)纖維網(wǎng)絡(luò)，由于納米級(jí)纖維網(wǎng)絡(luò)其成分為氧化鈦，具有骨生物活性且可 促進(jìn)磷酸鈣沉積，適用于植入生物體內(nèi)，此外微米級(jí)凹洞可保護(hù)納米級(jí)纖維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，減少 其在植入手術(shù)中被破壞的機(jī)率。當(dāng)然，本發(fā)明還可有其它多種實(shí)施例，在不背離本發(fā)明精神及其實(shí)質(zhì)的情況下，熟 悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員當(dāng)可根據(jù)本發(fā)明作出各種相應(yīng)的改變和變形，但這些相應(yīng)的改變和變 形都應(yīng)屬于本發(fā)明所附的權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種金屬植入物，具有一表面，其特征在于，包括多個(gè)微米級(jí)凹洞，且該微米級(jí)凹洞包含一納米級(jí)纖維網(wǎng)絡(luò)，其中該微米級(jí)凹洞的孔徑 介于1微米至100微米之間，該納米級(jí)纖維網(wǎng)絡(luò)包含多個(gè)納米級(jí)孔洞，且該納米級(jí)孔洞的孔 徑介于10納米至1000納米之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬植入物，其特征在于，該微米級(jí)凹洞包含多個(gè)次微米 級(jí)凹洞，該納米級(jí)孔洞位于該次微米級(jí)凹洞內(nèi)，且該次微米級(jí)凹洞的孔徑介于100納米至 1000納米之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬植入物，其特征在于，該金屬植入物為一鈦金屬或一含 鈦元素的合金。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬植入物，其特征在于，該納米級(jí)纖維網(wǎng)絡(luò)的成份為一金 紅石相氧化鈦或一銳鈦礦相氧化鈦。
5.一種金屬植入物的表面處理方法，其特征在于，包括提供一金屬植入物；在該金屬植入物的表面進(jìn)行一第一表面處理，以在該金屬植入物的表面形成多個(gè)微米 級(jí)凹洞，該微米級(jí)凹洞的孔徑介于1微米至100微米之間；及在該金屬植入物的表面進(jìn)行一第二表面處理，以在該微米級(jí)凹洞內(nèi)形成一納米級(jí)纖維 網(wǎng)絡(luò)，該納米級(jí)纖維網(wǎng)絡(luò)包含多個(gè)納米級(jí)孔洞，且該納米級(jí)孔洞的孔徑介于10納米至1000 納米之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的表面處理方法，其特征在于，該第二表面處理步驟為一堿蝕處理。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的表面處理方法，其特征在于，該堿蝕處理后還包括一酸洗處 理以及一熱處理。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的表面處理方法，其特征在于，該第一表面處理包括一噴砂處理，用以在該金屬植入物的表面形成該微米級(jí)凹洞；及一噴砂后酸蝕處理，用以在該微米級(jí)凹洞內(nèi)形成多個(gè)次微米級(jí)凹洞，該納米級(jí)孔洞位 于該次微米級(jí)凹洞內(nèi)，且該次微米級(jí)凹洞的孔徑介于100納米至1000納米之間。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的表面處理方法，其特征在于，該堿蝕處理使用的堿蝕化合物 為含一鈉離子、一鉀離子或一鈣離子的氫氧化物。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的表面處理方法，其特征在于，酸洗處理使用的酸液為鹽酸或
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種金屬植入物及其表面處理方法。金屬植入物的表面具有多個(gè)微米級(jí)凹洞，且微米級(jí)凹洞具有一納米級(jí)纖維網(wǎng)絡(luò)，其微米級(jí)凹洞的孔徑介于1微米至100微米之間，納米級(jí)纖維網(wǎng)絡(luò)包含多個(gè)納米級(jí)孔洞，且納米級(jí)孔洞的孔徑介于10納米至1000納米之間。該方法包括提供一金屬植入物；在該金屬植入物的表面進(jìn)行一第一表面處理，以在該金屬植入物的表面形成多個(gè)微米級(jí)凹洞；及在該金屬植入物的表面進(jìn)行一第二表面處理，以在該微米級(jí)凹洞內(nèi)形成一納米級(jí)纖維網(wǎng)絡(luò)，該納米級(jí)纖維網(wǎng)絡(luò)包含多個(gè)納米級(jí)孔洞，且該納米級(jí)孔洞的孔徑介于10納米至1000納米之間。本發(fā)明外微米級(jí)凹洞可保護(hù)納米級(jí)纖維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，減少其在植入手術(shù)中被破壞的幾率。
文檔編號(hào)A61L27/06GK102145192SQ201010113980
公開(kāi)日2011年8月10日 申請(qǐng)日期2010年2月5日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月5日
發(fā)明者周金龍, 小久保正, 帕特納亞·迪帕·庫(kù)瑪, 施威任, 松下富春, 王韋晴 申請(qǐng)人:財(cái)團(tuán)法人金屬工業(yè)研究發(fā)展中心