多孔鈦涂層、含鈦多涂層、其制備方法及應用
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種生物醫(yī)用材料，特別涉及一種可應用于生物固定的人工植入體材料如骨科植入、關節(jié)置換、骨科修復及牙科種植等的多孔鈦涂層、含鈦多涂層及其制備方法和應用，屬于生物醫(yī)用材料人工種植體相關技術領域。
【背景技術】
[0002]生物醫(yī)用金屬及合金大多為生物惰性材料，通常采用在基體表面修飾具有生物活性的涂層以改善其生物學性能。對于人工關節(jié)、骨植入、骨修復及牙科種植等的生物固定多采用在植入體基體表面噴涂具有生物活性或孔結(jié)構的涂層來實現(xiàn)。涂層材料主要有鈦、羥基磷灰石(簡稱HA)或包含兩者的復合材料。當前主要的生物固定涂層技術采用等離子噴涂或真空高溫燒結(jié)鈦涂層等方法。
[0003]但這些方法存在如下缺陷:一是等離子噴涂技術復雜，設備昂貴，成本較高；二是高溫燒結(jié)往往易造成基體材料本身的物化及機械力學性能等的變化；三是等離子噴涂法對于涂層形貌、晶型、厚度等均難以控制，其內(nèi)部結(jié)構一般較為致密，不利于骨長入和骨結(jié)合強度，影響植入材料的生物固定。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]鑒于現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明的目的之一在于提供一種多孔鈦涂層，其能有效促進植入體的生物學固定。
[0005]本發(fā)明的一種多孔鈦涂層具有主要由固定于植入體基體表面的鈦材料顆粒間的間隙與鈦材料顆粒內(nèi)的微孔連通形成的開放式多孔結(jié)構，并且所述開放式多孔結(jié)構內(nèi)孔道的孔徑為20?700 μ m，優(yōu)選為50?500 μ m。
[0006]本發(fā)明的一種多孔鈦涂層具有主要由涂覆于植入體基體表面的鈦材料顆粒在低于1000 °c的溫度下真空燒結(jié)形成的開放式多孔結(jié)構，所述開放式多孔結(jié)構主要由固定于植入物基體表面的鈦材料顆粒間的間隙與鈦材料顆粒內(nèi)的微孔連通形成，并且在所述開放式多孔結(jié)構內(nèi)孔道的孔徑為20?700 μm，優(yōu)選為50?500 μπι。
[0007]作為較為優(yōu)選的實施方案之一，所述多孔鈦涂層具有主要由涂覆于植入物基體表面的鈦材料顆粒在多3001，而< 1000°C的溫度下真空燒結(jié)形成的開放式多孔結(jié)構。
[0008]作為較為優(yōu)選的實施方案之一，所述多孔鈦涂層的厚度為30?1500 μπι。
[0009]本發(fā)明的目的之二在于提供一種制備前述多孔鈦涂層的方法，包括:
[0010]將鈦材料顆粒涂覆于植入物基體表面，并在低于1000°C的溫度下真空燒結(jié)形成開放式多孔結(jié)構，所述開放式多孔結(jié)構主要由固定于植入物基體表面的鈦材料顆粒之間的間隙與鈦材料顆粒內(nèi)的微孔連通形成，并且在所述開放式多孔結(jié)構內(nèi)孔道的孔徑為20?700 μ m0
[0011]作為較為優(yōu)選的實施方案之一，所述多孔鈦涂層的制備方法包括:將多孔鈦材料顆粒涂覆于植入物基體表面，并在溫度彡400°0，而< 1000°C，且真空度< 10_2Pa的環(huán)境中燒結(jié)Imin?12h形成由鈦組成的開放式多孔結(jié)構。
[0012]在一具體實施方案之中，亦可在常溫下將鈦材料顆粒放置在植入體基體的表面，例如，可以通過將鈦材料顆粒分散形成含鈦材料顆粒的涂層漿液，并將該涂層漿液涂覆于植入物基體表面，也可以用粘結(jié)劑固定于基體表面，并在溫度多300°0，而< 1000°C，且真空度< 10_2Pa的環(huán)境中燒結(jié)Imin?12h形成主要由鈦組成的開放式多孔結(jié)構。
[0013]進一步的，前述鈦材料顆?？蛇x自鈦微球粉末、泡沫鈦、海綿鈦顆粒、多孔鈦珠等，但不限于此。
[0014]本發(fā)明的目的之三在于提供一種含鈦多涂層，其包括形成于植入物基體表面的、如前所述的多孔鈦涂層。
[0015]進一步的，所述含鈦多涂層還包括形成在所述多孔鈦涂層上的生物相容材料層，所述生物相容材料層可選自但不限于羥基磷灰石涂層、生物玻璃-羥基磷灰石梯度涂層等。
[0016]本發(fā)明的目的之四在于提供一種制備前述含鈦多涂層的方法，包括:
[0017]在植入物基體上形成如前所述的多孔鈦涂層；
[0018]以及，在所述多孔鈦涂層上涂覆含生物相容性材料或其前體或其涂層漿液，并在低于1000°C的溫度下真空燒結(jié)形成生物相容材料層，所述生物相容性材料可選自但不限于羥基磷灰石、生物玻璃/羥基磷灰石等。
[0019]本發(fā)明的目的之五在于提供前述多孔鈦涂層或前述含鈦多涂層在人工植入體材料的生物固定中的用途。
[0020]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明至少具有如下優(yōu)點:
[0021](I)本發(fā)明的多孔鈦涂層具有主要由固定于植入物基體表面的鈦材料顆粒之間的間隙與鈦材料顆粒內(nèi)的微孔連通形成的開放式多孔結(jié)構，孔隙率高(約30?85% )，且其中的孔道具有較大的孔徑和較寬的孔徑分布范圍，更有利于骨細胞長入從而實現(xiàn)植入體的生物固定，且與基體材料的結(jié)合強度更高(> 40MPa)；
[0022](2)本發(fā)明多孔鈦涂層的制備工藝主要是通過在基體材料表面涂覆鈦材料顆粒，再在真空條件下低溫燒結(jié)(燒結(jié)溫度低于1000°c )實現(xiàn)，既能夠使鈦材料顆粒與基體材料緊固結(jié)合，亦較少使鈦材料顆粒內(nèi)的孔道坍塌，并且同時基本不會對基體材料本身的物、化、機械力學性能造成影響，其易于實施，成本低廉，且可控性強。
[0023](3)優(yōu)選的，藉由本發(fā)明的多孔鈦涂層，還可依據(jù)實際應用的需要，在基體材料上形成多涂層結(jié)構，例如，鈦-HA多孔涂層、鈦-生物玻璃-HA梯度涂層等，并且在形成HA涂層等時，其晶型、形貌、厚度等更容易控制。
【具體實施方式】
[0024]本發(fā)明的一個方面提供了一種多孔鈦涂層，其具有主要由固定于植入體基體(如下亦可簡稱“基體材料”或“基體”)表面的鈦材料顆粒間的間隙與鈦材料顆粒的微孔連通形成的開放式多孔結(jié)構(亦可認為是三維互聯(lián)通孔結(jié)構、三維面心多孔結(jié)構等)，并且在所述開放式多孔結(jié)構內(nèi)孔道的孔徑為20?700 μ m，優(yōu)選為50?500 μ m。
[0025]更具體的講，該多孔鈦涂層具有主要由涂覆于植入物基體表面的、含鈦材料顆粒的涂層漿液在低于1000°c的溫度下真空燒結(jié)形成的開放式多孔結(jié)構
[0026]優(yōu)選的，該多孔鈦涂層具有主要由涂覆于植入物基體表面的、含鈦材料顆粒的涂層漿液在彡3001，而< 1000°C的溫度下真空燒結(jié)形成的開放式多孔結(jié)構。
[0027]作為較為優(yōu)選的實施方案之一，所述多孔鈦涂層的厚度為30?1500 μπι。
[0028]本發(fā)明的另一個方面提供了一種多孔鈦涂層的制備方法，其包括:
[0029]將含鈦材料顆粒的涂層漿液涂覆于植入物基體表面，并在低于1000°C的溫度下真空燒結(jié)形成主要由鈦組成的開放式多孔結(jié)構，其主要由固定于植入體基體表面的鈦材料顆粒間的間隙與鈦材料顆粒內(nèi)的微孔連通形成，并且在所述開放式多孔結(jié)構內(nèi)孔道的孔徑為20 ?700 μ m，優(yōu)選為 50 ?500 μ m。
[0030]作為較為優(yōu)選的實施方案之一，所述多孔鈦涂層的制備方法包括:將含鈦材料顆粒的涂層漿液涂覆于植入物基體表面，并在溫度彡300°0，而< 1000°C，且真空度< 10_2Pa的環(huán)境中燒結(jié)Imin?12h，尤其優(yōu)選為0.5h?5h形成開放式多孔結(jié)構。
[0031]進一步的，所述多孔鈦涂層的制備方法還可包括:將含鈦材料顆粒的涂層漿液涂覆于植入物基體表面，并置入真空度< 10_2Pa的環(huán)境中升溫燒結(jié)，升溫速度I?200°C /min，升至500?999 °C或500?700 °C或700?999°C，保溫O?5h或O?2h或Imin?5h再按0.1?100°C /min速度降溫至常溫，得到所述多孔鈦涂層。
[0032]需要說明的是，前述含鈦材料顆粒的涂層漿液可以是主要由鈦材料顆粒和輔材形成的可塑型組合物，例如，液狀、漿狀組合物或膏狀組合物等，優(yōu)選為液狀或漿狀組合物，以利于通過業(yè)界習用的注射器、泵、噴涂設備等將該涂層漿液施加于基體表面，降低工藝成本。
[0033]前述輔材主要用以將鈦材料顆粒進行均勻的分散，其可以采用水、有機溶劑、高分子材料或其組合，優(yōu)選采用能夠在不高于該多孔鈦涂層的燒結(jié)溫度的溫度條件下完全形成揮發(fā)性物質(zhì)而與將鈦材料顆粒和植入物基體表面脫離的物質(zhì)，以避免輔材殘留于基體材料表面而造成不良影響。
[0034]前述鈦材料顆?？蛇x自具有開放性微米級、亞微米級孔道結(jié)構的鈦微球粉末、多孔鈦珠、泡沫鈦、海綿鈦顆粒等，當然亦可采用業(yè)界已知的其它合適的顆粒狀鈦材料。
[0035]又及，還需說明的是，在前述制備方法中，可以將含鈦材料顆粒的涂層漿液一次性涂覆在基體上并燒結(jié)形成多孔鈦涂層，亦可依據(jù)實際應用的需要而采用多次涂覆、多次燒結(jié)等方式而獲得最終所需的多孔鈦涂層。
[0036]本發(fā)明多孔鈦涂層的制備工藝主要是基于真空條件下的低溫燒結(jié)實現(xiàn)，其可在使鈦材料顆粒與基體材料緊固結(jié)合的同時，較少使鈦材料顆粒內(nèi)的孔道坍塌，且不會對基體材料