一種在體內(nèi)環(huán)境中具有磨損自修復(fù)功能的陶瓷生物材料制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】：
[0001] 本發(fā)明屬于生物醫(yī)學(xué)工程及生物醫(yī)用材料領(lǐng)域，尤其是在體內(nèi)環(huán)境中具有磨損自 修復(fù)功能的陶瓷生物材料制備方法。
【背景技術(shù)】：
[0002] 人工關(guān)節(jié)置換術(shù)是目前治療骨關(guān)節(jié)炎等疾病最有效的手段，人工關(guān)節(jié)在體內(nèi)服役 時間長（10年W上，甚至可能達(dá)30年W上），服役過程中頭-白結(jié)構(gòu)相對摩擦運(yùn)動可達(dá)數(shù)千萬 次，摩擦導(dǎo)致的磨損不僅僅會使頭-白結(jié)構(gòu)尺寸發(fā)生改變，最主要的危害是磨損過程中產(chǎn)生 各種磨屑會導(dǎo)致炎癥反應(yīng)及假體失效【1.Matevz Topolovec, Andrej CJngrid MiIos.Metal-on-metal vs.metal-on-polyethyIene total hip arthroplasty tribological evaluation of retrieved components and periprosthetic tissue. journal of the mechanical behavior of biomedical materials 34(2014) 243-252.】。陶瓷材料具有高硬度、良好的耐磨損特性W及生物相容性。為了減少磨屑的產(chǎn) 生，研究者開發(fā)出了陶瓷-陶瓷(COC)類型摩擦配副的人工關(guān)節(jié)，已經(jīng)被成功應(yīng)用于臨床。但 是，由于陶瓷材料初性低，目前臨床應(yīng)用的陶瓷-陶瓷(COC)類型摩擦配副的人工關(guān)節(jié)，存在 著脆性斷裂和摩擦噪聲大等缺點(diǎn)，運(yùn)使得陶瓷關(guān)節(jié)在服役過程中存在較大的隱患（斷裂失 效），會給患者的生活質(zhì)量造成較大影響。
[0003] 研究者采用各種方法提高陶瓷材料的初性，其中在陶瓷中滲雜金屬元素對陶瓷初 性的提高有顯著的促進(jìn)作用:Ni、Mo、V、W、Fe等金屬元素滲雜到氧化侶陶瓷內(nèi)部后，氧化侶 復(fù)合陶瓷的初性明顯增強(qiáng)【2.何柏林，熊光耀，繆燕平.金屬間化合物/Ah化陶瓷基復(fù)合材料 的研究進(jìn)展.粉末冶金工業(yè).Vo 1.18NO. 3化ne 2008:31-35;3.張玉軍，尹衍升，王德云，等 .^AVAh化陶瓷基復(fù)合材料--一種新型刀具材料.機(jī)械工程材料，2000，24(2): 30-31.】。 雖然通過在Ah〇3陶瓷中滲雜金屬元素能增加 Ah〇3陶瓷的斷裂初性，但是其摩擦系數(shù)依然 較大，摩擦噪聲并沒有減小，應(yīng)用于人工關(guān)節(jié)或者人工椎間盤的制造，臨床植入后，服役過 程中，運(yùn)些人工器官會產(chǎn)生異響，使患者不適，影響患者的生活質(zhì)量。
[0004] 研究發(fā)現(xiàn)，摩擦界面在人體內(nèi)服役時，磨損釋放出的金屬(Co、Cr、Mo等)能夠有效 地催化人體生理環(huán)境中的蛋白質(zhì)（球蛋白、白蛋白、糖蛋白等）降解，形成含碳的"蛋白生物 膜'【4.Martin EJ,Pourzal R,Mathew MT,Shull KR.Dominant role of molybdenum in the electrochemical deposition of biological macromolecules on metallic surfaces.Langmuir:the ACS journal of surfaces and colloids.2013;29:4813-22.】， 并且該蛋白生物膜在摩擦力的剪切作用下能轉(zhuǎn)化為石墨潤滑層，進(jìn)而對摩擦界面起到良好 的潤滑作用，同時運(yùn)層石墨層能夠?qū)δΣ两缑嫫鸬搅己玫谋Ｗo(hù)作用，降低材料的腐蝕，減少 摩擦產(chǎn)生的噪聲?！?.Wimmer MA,Laurent MP,Mathew MT,化gelli C,Liao Y,Marks LD,et al.The effect of contact load on CoCrMo wear and the formation and retention of tribofiIms. Wear.2015;332-333:643-9.】。
[0005] 本發(fā)明基于金屬離子可W促進(jìn)摩擦界面生物分子的吸附、變性及分解，在摩擦界 面形成一層蛋白生物膜，隨著摩擦的不斷進(jìn)行，進(jìn)一步運(yùn)層蛋白生物膜可W轉(zhuǎn)變成石墨層， 提出制備滲雜金屬的陶瓷材料。滲雜金屬的陶瓷材料在人體內(nèi)服役(摩擦磨損)過程中，釋 放出的金屬離子可W促進(jìn)摩擦界面生物分子的吸附、變性及分解，在摩擦界面形成一層蛋 白生物膜，隨著摩擦的不斷進(jìn)行，進(jìn)一步運(yùn)層蛋白生物膜可W轉(zhuǎn)變成石墨層，蛋白生物膜、 石墨層可W有效地降低陶瓷生物材料摩擦系數(shù)、阻止陶瓷生物材料的磨損，同時形成的蛋 白生物膜、石墨層覆蓋在陶瓷生物材料的表面，實(shí)現(xiàn)對陶瓷生物材料的磨損修復(fù)，使陶瓷生 物材料具有磨損自修復(fù)功能。滲雜金屬的陶瓷生物材料應(yīng)用于制造人工關(guān)節(jié)、人工椎間盤 等人工醫(yī)療器械，可W有效地降低人工器官的磨損及摩擦噪聲，顯著提高人工器官的使用 壽命，提高患者生活質(zhì)量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的是，提供一種在體內(nèi)環(huán)境中具有磨損自修復(fù)功能、滲雜金屬的陶瓷 生物材料制備方法。
[0007] 本發(fā)明采用W下技術(shù)方案：
[000引一種在體內(nèi)環(huán)境中具有磨損自修復(fù)功能、滲雜金屬的陶瓷生物材料制備方法，使 滲雜金屬元素的陶瓷生物材料在人體內(nèi)具有磨損自修復(fù)功能，包含如下主要制備步驟：
[0009] A、原料準(zhǔn)備:金屬粉、氧化錯粉(或者氧化侶粉)作為原料，其配比按照質(zhì)量百分比 記為:氧化錯粉(或者氧化侶粉)90%~99%、金屬粉1%~10%。將粉體原料在行星式球磨 機(jī)中混合均勻。
[0010] B、將干燥的粉末裝入石墨模具中，在氣氣保護(hù)下進(jìn)行熱壓燒結(jié)，反應(yīng)熱壓燒結(jié)溫 度為1100°c-180(rc，熱壓燒結(jié)時間為0.5-3小時，熱壓燒結(jié)的壓力為20-40MPa，制得在體內(nèi) 具有磨損自修復(fù)功能、滲雜金屬的陶瓷生物材料，其中金屬滲雜質(zhì)量比例在1%~10%之 間，陶瓷致密度達(dá)到90 % W上。
[0011] 進(jìn)一步的，所述的金屬粉純度為99.9%，粒徑分布在SOnm-IO皿之間。金屬粉為W 下種類任意一種或者多種:銅、銀、鉆、銘、鋼、粗、儀等。
[0012] 進(jìn)一步的，所述的氧化錯（或者氧化侶）陶瓷粉末純度為99.9%，粒徑分布在 lOOnm-40皿之間，也可用同樣級別的碳化娃、氮化娃等粉末代替。
[0013] 進(jìn)一步的，步驟B中向燒結(jié)室通入的氣體，可W是氣氣、氮?dú)獾炔慌c材料反應(yīng)的氣 體。
[0014] 采用本發(fā)明方法制備具有體內(nèi)磨損自修復(fù)功能、滲雜金屬的陶瓷生物材料，陶瓷 生物材料在體內(nèi)摩擦磨損服役過程中，釋放出金屬離子，金屬離子催化體內(nèi)環(huán)境中生物分 子變性、吸附到摩擦界面形成蛋白生物膜，蛋白生物膜在摩擦界面剪切力作用下發(fā)生降解， 成為碳薄膜(石墨層)覆蓋在發(fā)生磨損的陶瓷生物材料表面，實(shí)現(xiàn)對陶瓷生物材料的修復(fù)。 隨著磨損的進(jìn)行，蛋白生物膜降解形成的碳薄膜(石墨層)磨損完成，裸露出新鮮的陶瓷生 物材料，再次利用陶瓷生物材料磨損釋放出金屬離子促進(jìn)陶瓷生物材料表面蛋白吸附、變 性、分解，形成蛋白生物膜及碳薄膜(石墨層），覆蓋在發(fā)生磨損的陶瓷生物材料表面。在不 斷的摩擦過程中，通過金屬離子釋放、催化生物分子的降解，不斷形成蛋白生物膜及碳薄膜 (石墨層)對陶瓷生物材料進(jìn)行修復(fù)，使陶瓷生物材料在體內(nèi)