專利名稱：TiZrNb髖關(guān)節(jié)假體及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及TiZrNb髖關(guān)節(jié)假體及其制備方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的骨植入假體通常采用Ti6A14V、CoCrMo和不銹鋼。這三種材料的彈性模量和人體骨頭相比，仍顯著偏高，導(dǎo)致假體植入后出現(xiàn)應(yīng)力遮擋，繼而發(fā)生骨溶解現(xiàn)象。另外，在關(guān)節(jié)置換領(lǐng)域中，為了增強(qiáng)關(guān)節(jié)假體的長期穩(wěn)定性，一般是在金屬假體表面上施加多孔鈦涂層，利用長入該多孔鈦涂層的孔隙中的骨組織，起到生物固定的作用。為了促進(jìn)骨組織的長入，往往在多孔鈦涂層上施加能夠誘導(dǎo)骨組織長入的羥基磷灰石或β -TCP涂層。目前，在本領(lǐng)域中，主要采用等離子噴涂工藝在多孔鈦涂層上施加羥基磷灰石涂層或β-TCP涂層。存在的問題是羥基磷灰石或β-TCP涂層和鈦涂層的結(jié)合強(qiáng)度不夠，可能存在羥基磷灰石或β-TCP涂層脫落的問題。為此，本發(fā)明采用低彈性模量的TiZrNb合金來制作骨植入假體，并且采用包括鉭涂層的生物活性復(fù)合涂層來改善羥基磷灰石或β -TCP涂層的結(jié)合性能。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，公開了髖關(guān)節(jié)假體，包括TiZrNb合金基體和位于該合金基體上的生物活性復(fù)合涂層。該生物活性復(fù)合涂層包括位于該合金基體上的第一 TiZrNb合金涂層、位于該第一 TiZrNb合金涂層上的鉭金屬涂層、和位于該鉭金屬涂層上的羥基磷灰石或β-TCP生物活性涂層。根據(jù)本發(fā) 明的又一實(shí)施方案，本發(fā)明涉及髖關(guān)節(jié)假體，包括TiZrNb合金基體和位于該合金基體上的生物活性復(fù)合涂層。該生物活性復(fù)合涂層包括:位于該TiZrNb合金基體上的第一 TiZrNb合金涂層、位于第一 TiZrNb合金涂層上的第二多孔TiZrNb合金涂層、位于該第二 TiZrNb合金涂層上的鉭金屬涂層、和位于該鉭金屬涂層上的羥基磷灰石或β -TCP生物活性涂層。根據(jù)本發(fā)明的又一實(shí)施方案，本發(fā)明涉及髖關(guān)節(jié)假體，包括TiZrNb合金基體和位于該合金基體上的生物活性復(fù)合涂層。該生物活性復(fù)合涂層包括:厚度為15-50 μ m的第一致密TiZrNb合金涂層；厚度為25-75 μ m、孔隙尺寸為100-150 μ m的第二 TiZrNb合金涂層；厚度為50-150 μ m、孔隙尺寸為150-300 μ m的鉭金屬涂層；厚度為40-100 μ m、孔隙尺寸為100-250 μ m的羥基磷灰石或β -TCP生物活性涂層。本發(fā)明從物理結(jié)合方面與生物相容性方面考慮，制備了上述髖關(guān)節(jié)假體。TiZrNb合金和Ti6A14V合金、CoCrMo合金以及不銹鋼相比，彈性模量更小。鉭涂層與鈦涂層或者TiZrNb合金涂層相比，和羥基磷灰石或β-TCP涂層結(jié)合更牢固。同時(shí)，鉭涂層的力學(xué)性能和TiZrNb合金涂層不同，因而和僅僅包含TiZrNb合金涂層和羥基磷灰石(或β -TCP涂層)的復(fù)合涂層相比，改善了髖關(guān)節(jié)假體整體的彈性模量，進(jìn)而改善了髖關(guān)節(jié)假體的整體生物力學(xué)性能。
在本發(fā)明中，由于等離子噴涂工藝的限制，描述涂層厚度的數(shù)值應(yīng)該理解為實(shí)際上是指“所述數(shù)值X (100% ±10% )”。在本發(fā)明中，“致密”是指孔隙率小于10% (體積)，反之則為“多孔的”。 在本發(fā)明中，在同一髖關(guān)節(jié)假體中，提及的TiZrNb合金涂層和TiZrNb合金基體的成分相同。
具體實(shí)施例方式通過以下實(shí)施例進(jìn)一步具體地闡述本發(fā)明，但本發(fā)明不限于這些實(shí)施例。TiZrNb合金基體表面處理在本發(fā)明的實(shí)施例中，TiZrNb合金基體用氧化鋁顆粒進(jìn)行噴砂處理，使表面粗糙并除去表面層，然后用丙酮清洗，準(zhǔn)備進(jìn)行噴涂。等離子體噴涂處理在本發(fā)明的實(shí)施例中，采用真空等離子噴涂設(shè)備，瑞典的A-3000等離子噴涂機(jī)，進(jìn)行噴涂。機(jī)械手為ABB公司的IRB-6型，可以在真空室內(nèi)自動(dòng)控制。實(shí)施例1將彈性模量為65GPa的Til3Nbl3Zr合金關(guān)節(jié)柄用粒度為50目的氧化鋁噴砂處理4分鐘，使表面變得粗糙并除去表面層。然后放入等離子體真空室，抽真空到0.133Pa，然后充Ar。噴槍距關(guān)節(jié)柄300mm,等離子體預(yù)熱該關(guān)節(jié)柄4分鐘,達(dá)到約400°C,等離子體派射清洗4分鐘。由送粉器送入300目的Til3Nbl3Zr粉在電壓60V、600A下噴涂到25μπι致密層。外層噴涂β-TCP用60目的β-TCP粉，在60V、600A下噴涂厚度為50μπκ平均孔徑為150 μ m0待冷卻后，取出噴涂有生物活性復(fù)合涂層的Til3Nbl3Zr合金關(guān)節(jié)柄。依據(jù)IS013779-4測得β -TCP涂層的結(jié)合強(qiáng)度為35MPa。實(shí)施例2將彈性模量為65GPa的Til3Nbl3Zr合金關(guān)節(jié)柄用粒度為50目的氧化鋁噴砂處理4分鐘，使表面變得粗糙并除去表面層。然后放入等離子體真空室，抽真空到0.133Pa，然后充Ar。噴槍距關(guān)節(jié)柄300mm,等離子體預(yù)熱該關(guān)節(jié)柄4分鐘,達(dá)到約400°C,等離子體派射清洗4分鐘，由送粉器送入300目的Til3Nbl3Zr粉在電壓60V、600A下噴涂到25 μ m致密層，再用150目的Til3Nbl3Zr粉在60V、600A下噴涂到50μπι厚度的平均孔徑為150 μ m的多孔層。外層噴涂β -TCP用60目的β -TCP粉，在60V、600A下噴涂厚度為50 μ m、平均孔徑為 150 μ m。待冷卻后，取出噴涂有生物活性復(fù)合涂層的Til3Nbl3Zr合金關(guān)節(jié)柄。依據(jù)IS013779-4測得β -TCP涂層的結(jié)合強(qiáng)度為50MPa。實(shí)施例3將彈性模量為65GPa的Til3Nbl3Zr合金關(guān)節(jié)柄用粒度為50目的氧化鋁噴砂處理4分鐘，使表面變得粗糙，除去表面層。然后放入等離子體真空室，抽真空到0.133Pa，然后充Ar。噴槍距關(guān)節(jié)柄300mm,等離子體預(yù) 熱該關(guān)節(jié)柄4分鐘,達(dá)到約400°C,等離子體派射清洗4分鐘，由送粉器送入300目的Til3Nbl3Zr粉在電壓60V、600A下噴涂到25 μ m致密層，再用60目的鉭粉在60V、600A下噴到厚度ΙΟΟμπκ平均孔徑為200μπι的多孔層。外層噴涂β-TCP用60目的β-TCP粉，在60V、600A下噴涂厚度為50 μ m，平均孔徑為150 μ m。待冷卻后，取出噴涂有生物活性復(fù)合涂層的Til3Nbl3Zr合金關(guān)節(jié)柄。依據(jù)IS013779-4測得β -TCP涂層的結(jié)合強(qiáng)度為82MPa。實(shí)施例4將彈性模量為65GPa的Til3Nbl3Zr合金關(guān)節(jié)柄用粒度為50目的氧化鋁噴砂處理4分鐘，使表面變得粗糙，除去表面層。然后放入等離子體真空室，抽真空到0.133Pa，然后充Ar。噴槍距關(guān)節(jié)柄300mm,等離子體預(yù)熱該關(guān)節(jié)柄4分鐘,達(dá)到約400°C,等離子體派射清洗4分鐘，由送粉器送入300目的Til3Nbl3Zr粉在電壓60V、600A下噴涂到25 μ m致密層，再用150目的Til3Nbl3Zr粉在60V、600A下噴涂到50μπι厚度的平均孔徑為150 μ m的多孔層，接著用60目的鉭粉在60V、600A下噴到厚度100 μ m、平均孔徑為200 μ m的多孔層。外層噴涂β-TCP用60目的β-TCP粉，在60V、600A下噴涂厚度為50μπι，平均孔徑為150 μ m0待冷卻后，取出噴涂有生物活性復(fù)合涂層的Til3Nbl3Zr合金關(guān)節(jié)柄。依據(jù)IS013779-4測得』β-TCP涂層的結(jié)合強(qiáng)度為105MPa。實(shí)施例5將彈性模量為65GPa的Til3Nbl3Zr合金關(guān)節(jié)柄用粒度為50目的氧化鋁噴砂處理4分鐘，使表面變得粗糙，除去表面層。然后放入等離子體真空室，抽真空到0.133Pa，然后充Ar。噴槍距關(guān)節(jié)柄300mm,等離子體預(yù)熱該關(guān)節(jié)柄4分鐘,達(dá)到約400°C,等離子體派射清洗4分鐘，由送粉器送入300目的Til3Nbl3Zr粉在電壓60V、600A下噴涂到34 μ m致密層，再用150目的Til3Nbl3Zr粉在60V、600A下噴涂到58μπι厚度的平均孔徑為150μπι的多孔層，接著用60目的鉭粉在60V、600A下噴到厚度80 μ m、平均孔徑為200 μ m的多孔層。外層噴涂β-TCP用60目的β-TCP粉，在60`V、600A下噴涂厚度為78μπι，平均孔μ徑為150 μ m0待冷卻后，取出噴涂有生物活性復(fù)合涂層的Til3Nbl3Zr合金關(guān)節(jié)柄。依據(jù)IS013779-4測得β-TCP涂層的結(jié)合強(qiáng)度為106MPa。實(shí)施例6將彈性模量為65GPa的Til3Nbl3Zr合金關(guān)節(jié)柄用粒度為50目的氧化鋁噴砂處理4分鐘，使表面變得粗糙，除去表面層。然后放入等離子體真空室，抽真空到0.133Pa，然后充Ar。噴槍距關(guān)節(jié)柄300mm,等離子體預(yù)熱該關(guān)節(jié)柄4分鐘,達(dá)到約400°C,等離子體派射清洗4分鐘，由送粉器送入300目的Til3Nbl3Zr粉在電壓60V、600A下噴涂到25 μ m致密層，再用150目的Til3Nbl3Zr粉在60V、600A下噴涂到45μπι厚度的平均孔徑為150 μ m的多孔層，接著用60目的鉭粉在60V、600A下噴到厚度ΙΟΟμπκ平均孔徑為200 μ m的多孔層。外層噴涂羥基磷灰石用60目的羥基磷灰石粉，在60V、600A下噴涂厚度為50 μ m,平均孔徑為 145 μ m0待冷卻后，取出噴涂有生物活性復(fù)合涂層的Til3Nbl3Zr合金關(guān)節(jié)柄。依據(jù)IS013779-4測得羥基磷灰石涂層的結(jié)合強(qiáng)度為105MPa。實(shí)施例7將彈性模量為55Gpa的Ti35Nb5Ta7Zr合金關(guān)節(jié)柄用粒度為50目的氧化鋁噴砂處理4分鐘，使表面變得粗糙，除去表面層。然后放入等離子體真空室，抽真空到0.133Pa，然后充Ar。噴槍距關(guān)節(jié)柄300mm,等離子體預(yù)熱該關(guān)節(jié)柄4分鐘,達(dá)到約400°C,等離子體派射清洗4分鐘，由送粉器送入300目的Ti35Nb5Ta7Zr粉在電壓60V、600A下噴涂到25 μ m致密層，再用150目的Ti35Nb5Ta7Zr粉在60V、600A下噴涂到45μπι厚度的平均孔徑為150 μ m的多孔層，接著用60目的鉭粉在60V、600A下噴到厚度100 μ m、平均孔徑為200 μ m的多孔層。外層噴涂羥基磷灰石用60目的羥基磷灰石粉，在60V、600A下噴涂厚度為50μπι，平均孔徑為145 μ m。待冷卻后，取出噴涂有生物活性復(fù)合涂層的Ti35Nb5Ta7Zr合金關(guān)節(jié)柄。依據(jù)IS013779-4測得羥基磷灰 石涂層的結(jié)合強(qiáng)度為108MPa。
權(quán)利要求
1.髖關(guān)節(jié)假體，由TiZrNb合金基體和位于所述TiZrNb合金基體上的生物活性復(fù)合涂層組成，其中所述生物活性復(fù)合涂層包括:位于所述TiZrNb合金基體上的并且成分和所述TiZrNb合金基體相同的第一 TiZrNb涂層、位于所述第一 TiZrNb涂層上的鉭涂層、和位于所述鉭涂層上的羥基磷灰石涂層或β-TCP涂層。
2.權(quán)利要求1的髖關(guān)節(jié)假體，其中所述TiZrNb合金選自由Til3Nbl3Zr、TI3Zr2Sn3Mo25Nb, Ti12Mo6Zr2Fe、 Ti35Nb5Ta7Zr、 Ti29Nbl3Ta5Zr、 Ti13Zr7Nb6Mo、Ti24Nb4Zr7.6Sn、Ti39Nb5Ta7Zr、Til5Zr4Nb4Ta、Ti22Nb4Zr2Sn 和 Ti35ZrlONb 組成的組。
3.權(quán)利要求2的髖關(guān)節(jié)假體，其中所述TiZrNb合金的彈性模量為50-75Gpa。
4.權(quán)利要求2的髖關(guān)節(jié)假體，其中所述第一TiZrNb金屬涂層是厚度為15-50 μ m的致密涂層。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的髖關(guān)節(jié)假體，其中在所述第一TiZrNb金屬涂層和鉭金屬涂層之間還施加有和所述第一 TiZrNb合金涂層成分相同的第二多孔TiZrNb金屬涂層。
6.權(quán)利要求5的髖關(guān)節(jié)假體，其中該第二多孔TiZrNb金屬涂層的厚度為25-75μ m，平均孔徑為100-150 μ m ;該鉭金屬涂層的厚度為50-150 μ m，平均孔徑為150-300 μ m ;該羥基磷灰石或β -TCP生物活性涂層的厚度為40-100 μ m,平均孔徑為100-250 μ m。
7.權(quán)利要求6的髖關(guān)節(jié)假體，其中該第一TiZrNb金屬涂層的厚度為20-40 μ m ;該第二多孔TiZrNb金屬涂層的厚度為40-60 μ m ;該鉭金屬涂層的厚度為80-120 μ m ;該羥基磷灰石或β -TCP生物活性涂層的厚度為40-80 μ m。
8.權(quán)利要求7的髖關(guān)節(jié)假體，其中該第一TiZrNb金屬涂層的厚度為20-30 μ m ;該第二多孔TiZrNb金屬涂層的厚度為40-60 μ m;該鉭金屬涂層的厚度為100-120 μ m ;該羥基磷灰石或β -TCP生物活性涂層的厚度為50-80 μ m。
9.權(quán)利要求8的髖關(guān)節(jié)假體，其中該羥基磷灰石或β-TCP生物活性涂層的厚度為50-60 μ mD
10.權(quán)利要求9的髖關(guān)節(jié)假體，其中該第一TiZrNb金屬涂層的厚度為25 μ m ;該第二多孔TiZrNb涂層的厚度為50 μ m ;該鉭金屬涂層的厚度為100 μ m ;該羥基磷灰石或β -TCP生物活性涂層的厚度為50 μ m。
11.權(quán)利要求ι- ο任一的髖關(guān)節(jié)假體，是人工髖關(guān)節(jié)置換用的關(guān)節(jié)柄或臼杯。
12.根據(jù)權(quán)利要求1-11任一的髖關(guān)節(jié)假體的制備方法，包括制備TiZrNb合金基體，然后采用等離子噴涂方法在所述TiZrNb合金基體上噴涂生物活性復(fù)合涂層。
全文摘要
本發(fā)明公開了TiZrNb髖關(guān)節(jié)假體及其制備方法，該TiZrNb髖關(guān)節(jié)假體由TiZrNb合金基體和位于所述TiZrNb合金基體上的生物活性復(fù)合涂層組成，其中所述生物活性復(fù)合涂層包括位于所述TiZrNb合金基體上的、成分和所述TiZrNb合金基體相同的第一TiZrNb涂層、位于所述第一TiZrNb涂層上的鉭涂層、和位于所述鉭涂層上的羥基磷灰石涂層或β-TCP涂層。
文檔編號A61L27/32GK103110982SQ201310020878
公開日2013年5月22日 申請日期2013年1月5日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月5日
發(fā)明者田杰謨, 張國強(qiáng), 張琳, 曹小剛 申請人:北京固圣生物科技有限公司