專利名稱：提高不銹鋼骨板和骨釘生物活性的涂層的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及植入醫(yī)療器械領(lǐng)域，具體是指提高不銹鋼骨板和骨釘生物活性的涂層。
背景技術(shù)：
臨床使用的骨板和骨釘大部分是采用不銹鋼制成的，這是因?yàn)椴讳P鋼材料價(jià)格便宜，力學(xué)性能較好，有一定的生物惰性。但臨床實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)含鎳醫(yī)用不銹鋼植入人體后(不銹鋼中一般均含有7 8%的鎳元素)，由于不可避免的腐蝕、磨損，鎳離子等金屬離子會(huì)釋放到臨近組織，易誘發(fā)過敏、感染等組織反應(yīng)。此外，鎳離子在生物體內(nèi)富集可以誘發(fā)毒性效應(yīng)，發(fā)生細(xì)胞破壞和發(fā)炎反應(yīng)，對(duì)生物體有致畸、致癌的危害性。另一方面，腐蝕效應(yīng)誘發(fā)骨板和骨釘?shù)戎踩胛镌谏矬w內(nèi)發(fā)生松動(dòng)，從而導(dǎo)致骨板、骨釘與人體骨骼間的微動(dòng)磨損； 甚至在應(yīng)力作用下有可能發(fā)生晶間腐蝕斷裂。許多國(guó)家對(duì)醫(yī)用金屬材料中的鎳含量制定了越來越嚴(yán)格的要求，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中所允許的最高鎳含量也越來越低。因此，獲得生物相容性好、能抑制不銹鋼基體材料中毒性元素的溶解和滲出的涂層對(duì)提高骨組織損傷患者的生活質(zhì)量具有重要意義。近年來，人們致力于通過溶膠凝膠法、等離子噴涂法等技術(shù)在不銹鋼表面生長(zhǎng)羥基磷灰石涂層或類金剛石薄膜的研究，并取得了一定的進(jìn)展。但羥基磷灰石涂層的脆性大， 涂層與基體結(jié)合強(qiáng)度低，在應(yīng)力作用和體液侵蝕作用下，涂層會(huì)發(fā)生溶解脫落等問題；而類金剛石薄膜由于受到內(nèi)應(yīng)力的影響，會(huì)導(dǎo)致涂層與金屬基體結(jié)合強(qiáng)度低，且涂層的厚度薄、 生物穩(wěn)定性差。TiB2是一種具有良好生物相容性、耐摩擦磨損和無毒副作用的生物陶瓷材料，但它屬于高硬高脆性材料，難以用常規(guī)方法在金屬基體表面沉積，從而限制了其臨床使用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)目前臨床使用的不銹鋼骨板和骨釘植入人體后出現(xiàn)的過敏、感染和松動(dòng)等問題，提出一種提高不銹鋼骨板和骨釘生物活性的涂層，以提高骨板和骨釘?shù)氖褂脡勖涂煽啃浴１景l(fā)明的技術(shù)解決方案是在不銹鋼的骨板和骨釘基體的表面生長(zhǎng)Ti/TiB2復(fù)合涂層，其厚度在500nm至5pm間；復(fù)合涂層的靠骨板和骨釘基體內(nèi)層為純金屬Ti層，作為過渡層；在純金屬Ti層上再生長(zhǎng)外層TiB2層，為功能層。其中，該復(fù)合涂層采用超高真空磁控濺射方法在不銹鋼的骨板和骨釘基體的表面生長(zhǎng)，陰極采用高純金屬Ti和熱壓燒結(jié)陶瓷TiB2為靶材，濺射功率10 200W，工作氣壓 0. 15 0. 5Pa，襯底加熱溫度250 450°C，基底負(fù)偏壓0 60V。其中，該復(fù)合涂層具體生產(chǎn)步驟如下
(1)由不銹鋼板材或線材經(jīng)加工制成符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求的骨板和骨釘毛坯件；
(2)將上述骨板和骨釘毛坯件進(jìn)行電化學(xué)拋光處理，再丙酮、蒸餾水和無水乙醇依次清洗；
(3)在超高真空磁控濺射設(shè)備中進(jìn)行復(fù)合涂層的生長(zhǎng)；復(fù)合涂層的靠骨板和骨釘基體內(nèi)層為純金屬Ti層，作為過渡層，純金屬Ti層的厚度為50nm 500nm ;在純金屬Ti層上再生長(zhǎng)外層TiB2層，為功能層，TiB2層的厚度為450nm 4. 5 y m ;
(4)生長(zhǎng)完備的骨板和骨釘經(jīng)丙酮、蒸餾水和無水乙醇依次清洗、晾干、滅菌后包裝，待用。本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)1、純金屬Ti層作為過渡層，有利于改善不銹鋼與TiB2層間的結(jié)合力，因?yàn)榻饘匍g有著較好的潤(rùn)濕性；2、由于金屬Ti和TiB2具有相同的晶體結(jié)構(gòu)，從而有利于TiB2層的外延生長(zhǎng)，生長(zhǎng)的TiB2層具有一定的擇尤取向、較高的致密度和較好的化學(xué)穩(wěn)定性；3、復(fù)合涂層的厚度根據(jù)骨板和骨釘在生物體內(nèi)的植入時(shí)間及受力特點(diǎn)而定， 一般在500nm至5 y m間，生長(zhǎng)完備的骨板和骨釘獲得較好生物活性，且耐摩擦磨損和化學(xué)穩(wěn)定性好，能有效抑制不銹鋼基體材料中毒性元素的溶解和滲出，減輕其組織反應(yīng)和無菌松動(dòng)；4、本發(fā)明的骨板和骨釘表面光滑，摩擦系數(shù)低，耐體液腐蝕性能好，骨板和骨釘?shù)氖褂脡勖L(zhǎng)、可靠性好。


圖I為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中:I骨板和骨釘基體，2純金屬Ti層，3TiB2層。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。實(shí)施例I :
第一步不銹鋼板材或線材經(jīng)加工制成符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求的骨板和骨釘毛坯件，對(duì)骨板和骨釘毛坯件進(jìn)行電化學(xué)拋光處理，再丙酮、蒸餾水和無水乙醇依次清洗；第二步在超高真空磁控濺射設(shè)備中進(jìn)行復(fù)合涂層的生長(zhǎng)，陰極采用高純度金屬Ti和熱壓燒結(jié)陶瓷 TiB2為靶材；首先，生長(zhǎng)純金屬Ti層，厚度為50nm，工藝參數(shù)如下濺射功率10W，工作氣壓
0.35Pa，襯底加熱溫度250°C，基底負(fù)偏壓OV ;然后，生長(zhǎng)TiB2層，厚度為450nm，工藝參數(shù)如下濺射功率120W，工作氣壓0. 5Pa，襯底加熱溫度450°C，基底負(fù)偏壓60V ;復(fù)合涂層的總厚度500nm ;第三步生長(zhǎng)完備的骨板和骨釘經(jīng)丙酮、蒸餾水和無水乙醇依次清洗、晾干、滅菌后包裝，待用；此骨板和骨釘可應(yīng)用于短期、微創(chuàng)或不受力部位的骨組織損傷的修復(fù)。實(shí)施例2
第一步不銹鋼板材或線材經(jīng)加工制成符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求的骨板和骨釘毛坯件，對(duì)骨板和骨釘毛坯件進(jìn)行電化學(xué)拋光處理，再丙酮、蒸餾水和無水乙醇依次清洗；第二步在超高真空磁控濺射設(shè)備中進(jìn)行復(fù)合涂層的生長(zhǎng)，陰極采用高純度金屬Ti和熱壓燒結(jié)陶瓷TiB2 為靶材；首先，生長(zhǎng)純金屬Ti層，厚度為lOOnm，工藝參數(shù)如下濺射功率20W，工作氣壓
0.3Pa，襯底加熱溫度250°C，基底負(fù)偏壓OV ;然后，生長(zhǎng)TiB2層，厚度為900nm，工藝參數(shù)如下濺射功率150W，工作氣壓0. 35Pa，襯底加熱溫度450°C，基底負(fù)偏壓60V ;復(fù)合涂層的總厚度約Iu m ;第三步生長(zhǎng)完備的骨板和骨釘經(jīng)丙酮、蒸餾水和無水乙醇依次清洗、晾干、 滅菌后包裝，待用。
實(shí)施例3:
第一步不銹鋼板材或線材經(jīng)加工制成符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求的骨板和骨釘毛坯件，對(duì)骨板和骨釘毛坯件進(jìn)行電化學(xué)拋光處理，再丙酮、蒸餾水和無水乙醇依次清洗；第二步在超高真空磁控濺射設(shè)備中進(jìn)行復(fù)合涂層的生長(zhǎng)，陰極采用高純度金屬Ti和熱壓燒結(jié)陶瓷TiB2 為靶材；首先，生長(zhǎng)純金屬Ti層，厚度為250nm，工藝參數(shù)如下濺射功率30W，工作氣壓
0.25Pa，襯底加熱溫度250°C，基底負(fù)偏壓OV ;然后，生長(zhǎng)TiB2層，TiB2為功能涂層，厚度為 2. 25 u m,工藝參數(shù)如下濺射功率180W，工作氣壓0. 2Pa，襯底加熱溫度425°C，基底負(fù)偏壓 60V ;復(fù)合涂層的總厚度2. 5 ;第三步生長(zhǎng)完備的骨板和骨釘經(jīng)丙酮、蒸餾水和無水乙醇依次清洗、晾干、滅菌后包裝，待用。實(shí)施例4:
第一步不銹鋼板材或線材經(jīng)加工制成符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求的骨板和骨釘毛坯件，對(duì)骨板和骨釘毛坯件進(jìn)行電化學(xué)拋光處理，再丙酮、蒸餾水和無水乙醇依次清洗；第二步在超高真空磁控濺射設(shè)備中進(jìn)行復(fù)合涂層的生長(zhǎng)，陰極采用高純度金屬Ti和熱壓燒結(jié)陶瓷TiB2 為靶材；首先，生長(zhǎng)純金屬Ti層，厚度為500nm，工藝參數(shù)如下濺射功率50W，工作氣壓
0.2Pa，襯底加熱溫度250°C，基底負(fù)偏壓OV ;然后，生長(zhǎng)TiB2層，TiB2為功能涂層，厚度為 4. 5 um,工藝參數(shù)如下濺射功率200W，工作氣壓0. 15Pa，襯底加熱溫度400°C，基底負(fù)偏壓 60V ;復(fù)合涂層的總厚度5 ;第三步生長(zhǎng)完備的骨板和骨釘經(jīng)丙酮、蒸餾水和無水乙醇依次清洗、晾干、滅菌后包裝，待用。本發(fā)明的所述實(shí)施例僅僅是為了清楚說明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對(duì)本發(fā)明實(shí)施方式的限定。對(duì)于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，還可在上述說明的基礎(chǔ)上做出其它不同形式的變化或變動(dòng)，這里無需也無法對(duì)所有實(shí)施方式予以窮舉，而這些屬于本發(fā)明的精神所引申出的顯而易見的變化或變動(dòng)仍處于本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.提高不銹鋼骨板和骨釘生物活性的涂層，其特征在于在不銹鋼的骨板和骨釘基體 (I)的表面生長(zhǎng)Ti/TiB2復(fù)合涂層，其厚度在500nm至5 μ m間；復(fù)合涂層的靠骨板和骨釘基體內(nèi)層為純金屬Ti層(2)，作為過渡層；在純金屬Ti層上再生長(zhǎng)一層TiB2層(3)，為功能層。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的提高不銹鋼骨板和骨釘生物活性的涂層，其特征在于該復(fù)合涂層采用超高真空磁控濺射方法在不銹鋼的骨板和骨釘基體的表面生長(zhǎng)，陰極采用高純金屬Ti和熱壓燒結(jié)陶瓷TiB2為靶材，濺射功率10 200W，工作氣壓O. 15 O. 5Pa，襯底加熱溫度250 450°C，基底負(fù)偏壓O 60V。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的提高不銹鋼骨板和骨釘生物活性的涂層，其特征在于該復(fù)合涂層具體生產(chǎn)步驟如下(1)由不銹鋼板材或線材經(jīng)加工制成符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求的骨板和骨釘毛坯件；(2)將上述骨板和骨釘毛坯件進(jìn)行電化學(xué)拋光處理，再丙酮、蒸餾水和無水乙醇依次清洗；(3)在超高真空磁控濺射設(shè)備中進(jìn)行復(fù)合涂層的生長(zhǎng)；復(fù)合涂層的靠骨板和骨釘基體內(nèi)層為純金屬Ti層(2)，作為過渡層，純金屬Ti層(2)的厚度為50nm 500nm ;在純金屬 Ti層(2)上再生長(zhǎng)外層TiB2層(3)，為功能層，TiB2層(3)的厚度為450nm ~ 4. 5 μ m ；(4)生長(zhǎng)完備的骨板和骨釘經(jīng)丙酮、蒸餾水和無水乙醇依次清洗、晾干、滅菌后包裝，待用。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種提高不銹鋼骨板和骨釘生物活性的涂層，在不銹鋼的骨板和骨釘基體(1)的表面生長(zhǎng)Ti/TiB2復(fù)合涂層，其厚度在500nm至5μm間；復(fù)合涂層的靠骨板和骨釘基體內(nèi)層為純金屬Ti層(2)，作為過渡層；在純金屬Ti層上再生長(zhǎng)外層TiB2層(3)，為功能膜層。本發(fā)明采用超高真空磁控濺射方法在骨板和骨釘基體(1)表面生長(zhǎng)純金屬Ti層，并在純金屬Ti層上再生長(zhǎng)TiB2層，復(fù)合涂層具有較好的生物相容性、耐摩擦磨損和化學(xué)穩(wěn)定性，能有效抑制不銹鋼基體材料中的毒性元素的溶解和滲出，可減輕其組織反應(yīng)和無菌松動(dòng)，提高其使用壽命和可靠性。
文檔編號(hào)C23C14/35GK102580169SQ20121004744
公開日2012年7月18日 申請(qǐng)日期2012年2月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月28日
發(fā)明者丁紅燕, 侯化龍, 周廣宏, 夏木建, 莊國(guó)志, 章躍 申請(qǐng)人:淮陰工學(xué)院