專(zhuān)利名稱(chēng)：鈦合金表面沉積硅酸鋅鈣生物涂層的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種硅酸鋅鈣生物涂層的制備方法，特別是涉及一種鈦合金表面沉 積硅酸鋅鈣生物涂層的制備方法。
背景技術(shù)：
醫(yī)用金屬材料是骨科植入物如人工髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)、人工骨等的主要材料。鈦 及鈦合金自上世紀(jì)50年代開(kāi)始被用作生物醫(yī)用材料，其具有優(yōu)良的生物相容性，無(wú)毒、 不致癌、不致畸、不誘發(fā)變態(tài)反應(yīng)，與機(jī)體組織有良好的親和性；同時(shí)具有優(yōu)良的力學(xué) 性能，強(qiáng)度適中，有利于骨界面力的傳導(dǎo)，可以防止因過(guò)分的應(yīng)力集中所帶來(lái)的危害； 并且具有良好的抗腐蝕性能，其表面緊密附著的鈍化膜能抵御多種介質(zhì)(組織液、唾液) 的腐蝕。因此，鈦及鈦合金以其在力學(xué)性能、生物相容性以及耐腐蝕方面的優(yōu)良特性已 用于人體硬組織植入物如人工關(guān)節(jié)、骨折固定器等領(lǐng)域。但將其直接植入到人體中后， 還是存在一些問(wèn)題，這是因?yàn)殁伡捌浔砻孀匀簧傻难趸な巧锒栊缘?，在植入早?很難與組織形成連接并促進(jìn)新生骨在表面的生成，從而表現(xiàn)出與骨結(jié)合力低、生物活性 差、愈合時(shí)間長(zhǎng)等。為了解決這些問(wèn)題，可以對(duì)其表面進(jìn)行生物活性涂層的修飾改善。
目前常用于改善鈦和鈦合金生物活性的表面改性方法有涂覆生物活性涂層、堿 處理以及離子注入等方法。其中表面涂層材料是研究的熱點(diǎn)，該技術(shù)是在金屬基材料表 面采用不同的方法制備各種生物涂層，這些涂層既能保持金屬材料的高強(qiáng)度、高韌性的 力學(xué)特性，又可使金屬表面具有生物陶瓷的高生物相容性和高生物活性等優(yōu)點(diǎn)。目前作 為生物活性陶瓷涂層主要有羥基磷灰石、透輝石、β —磷酸三鈣以及生物活性玻璃等。 文獻(xiàn)報(bào)道了一種生物活性涂層-鈦合金人工骨、人工關(guān)節(jié)的制備方法，其特征在于鈦合 金人工骨及人工關(guān)節(jié)柄部和髖白部表面涂覆一層底釉，該底釉外表再涂復(fù)一層生物活性 材料，生物活性材料由羧基磷灰石及生物活性微晶玻璃組成。文獻(xiàn)報(bào)道了表面有二氧化 鈦涂層的鈦合金生物醫(yī)學(xué)復(fù)合材料及其制備方法，該生物醫(yī)學(xué)復(fù)合材料解決了生物涂層 與鈦合金基體的界面結(jié)合問(wèn)題，同時(shí)還進(jìn)一步提高了鈦合金表面的耐磨耐腐蝕性和血液 相容性。研究表明硅酸鋅鈣(Ca2ZnSi2O7)對(duì)成骨細(xì)胞有增殖、分化的能力，而且摻雜鋅 離子能夠提高其機(jī)械性能，但是目前其還沒(méi)有報(bào)道其應(yīng)用到生物涂層中。本方法利用其 生物相容性以及力學(xué)性能等優(yōu)點(diǎn)用于鈦合金表面的生物涂層。
目前已開(kāi)發(fā)的金屬基表面沉積的方法有濺射、溶膠-凝膠Mol-G el)、水熱 法、電化學(xué)沉積法以及噴霧熱解法等。靜電霧化沉積制備薄膜技術(shù)(Electrostatic Spray Deposition, ESD)是近年來(lái)從靜電噴涂發(fā)展過(guò)來(lái)的薄膜制備技術(shù)。該技術(shù)通過(guò)在噴嘴與 基片之間加強(qiáng)電場(chǎng)，使噴嘴射出的液滴受到在幾千伏的高壓靜電引力與內(nèi)部庫(kù)侖斥力的 雙重作用被霧化，分散并沉積到收集基片上，形成薄膜。靜電霧化沉積制備薄膜技術(shù)的 優(yōu)勢(shì)是薄膜組分調(diào)節(jié)和控制簡(jiǎn)單，沉積效率高，可以實(shí)現(xiàn)定向沉積，系統(tǒng)不需要抽真 空，沉積反應(yīng)室簡(jiǎn)單，整個(gè)設(shè)備系統(tǒng)簡(jiǎn)單易于操作。目前靜電霧化沉積技術(shù)(ESD)大多 用于制備金屬氧化物薄膜，在金屬基上沉積生物活性涂層的制備還比較少。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供了一種硅酸鋅鈣(Ca2ZnSi2O7)生物活性材料沉積到鈦 合金表面上的制備技術(shù)，該技術(shù)儀器設(shè)備簡(jiǎn)單，工藝簡(jiǎn)便，能夠得到厚度可控的生物涂層。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案
本發(fā)明提供一種鈦合金表面沉積硅酸鋅鈣生物涂層的制備方法，其特征在于包 括以下步驟
(1)前驅(qū)體溶液的制備
將硅酸鋅鈣溶于無(wú)水乙醇中，然后超聲處理20 30分鐘，配制成濃度為 0.01-0.1g/ml的前驅(qū)體溶液；
(2)制備硅酸鋅鈣生物活性涂層
將前驅(qū)液注入注射針筒，注射泵以注射速率為0.1-0.2ml/分鐘推進(jìn)針筒，沉積 時(shí)間為10-20分鐘，在基片上形成硅酸鋅鈣生物活性涂層。
所述前驅(qū)體溶液配制濃度可為O.lg/ml。
所述的注射速率可為0.2ml/分鐘；所述的沉積時(shí)間可為20分鐘。
本發(fā)明提出的沉積方法工藝設(shè)備簡(jiǎn)單，不需要高真空設(shè)備，在常壓下即可進(jìn) 行；能大面積沉積薄膜，并可在立體表面沉積，沉積速率高，易實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)；可選擇 的前驅(qū)物較多，容易控制薄膜的化學(xué)計(jì)量比；攙雜容易并可改變前物溶液中組分的濃度 制備多層膜或組分梯度膜等；通過(guò)調(diào)節(jié)霧化參數(shù)可控制涂層的厚度，克服溶膠一凝膠法 難于制備厚膜的不足；沉積溫度大多在600°C以下，相對(duì)較低。


圖1是本發(fā)明硅酸鋅鈣(Ca2ZnSi2O7)生物活性涂層掃描電鏡圖。
具體實(shí)施方式
以下實(shí)施例在以發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具 體的操作過(guò)程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。
實(shí)施例1不同厚度硅酸鋅鈣(Ca2ZnSi2O7)生物活性涂層的制備
(1)前驅(qū)液配制
按照質(zhì)量體積比10 1，稱(chēng)取0.56克硅酸鋅鈣(Ca2ZnSi2O7)置入5.6毫升無(wú)水 乙醇中，然后超聲處理20分鐘制備成前驅(qū)液。
(2)硅酸鋅鈣(Cil2Zt^i2O7)生物活性涂層的制備
將前驅(qū)液裝入Iml針筒中，針筒泵注射速率為0.2ml分鐘，針尖到基片的距離為 20mm，高壓恒定在13.0KV，沉積時(shí)間分別10分鐘和20分鐘。
由圖1場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡觀察表明由靜電噴霧沉積制得的涂層均勻。
實(shí)施例2不同注射速率條件下硅酸鋅鈣(Ca2Zn&207)生物活性涂層的制備
(1)前驅(qū)液配制
按照質(zhì)量體積比10 1，稱(chēng)取0.56克硅酸鋅鈣(Ca2ZnSi2O7)置入5.6毫升無(wú)水4乙醇中，然后超聲處理20分制備成前驅(qū)液。
(2)硅酸鋅鈣(Cil2Zt^i2O7)生物活性涂層的制備
將前驅(qū)液裝入1毫升針筒中，針筒泵注射速率為0.1ml/分鐘，針尖到基片的距 離為20毫米，高壓恒定在13.0KV，沉積時(shí)間分別20分鐘。
實(shí)施例3不同濃度前驅(qū)體溶液制備硅酸鋅鈣(Ca2ZnSi2O7)生物活性涂層
(1)前驅(qū)液配制
分別稱(chēng)取0.056g、0.14g、0.28g硅酸鋅鈣(Cii2Zn&207)置入5.6ml無(wú)水乙醇中，然后超聲處理20分鐘制備成前驅(qū)液。
(2)硅酸鋅鈣(Cil2Zt^i2O7)生物活性涂層的制備
將前驅(qū)液裝入Iml針筒中，針筒泵注射速率為0.2ml/分鐘，針尖到基片的距離 為20mm，高壓恒定在13.0KV，沉積時(shí)間分別20分鐘。
隨著前驅(qū)液濃度的增大，硅酸鋅鈣(Cil2Zt^i2O7)生物活性涂層的厚度逐漸增厚。
權(quán)利要求
1.鈦合金表面沉積硅酸鋅鈣生物涂層的制備方法，其特征在于，包括以下步驟(1)前驅(qū)體溶液的制備將硅酸鋅鈣溶于無(wú)水乙醇中，然后超聲處理20 30分鐘，配制成濃度為O.Ol-O.lg/ ml的前驅(qū)體溶液；(2)制備硅酸鋅鈣生物活性涂層將前驅(qū)液注入注射針筒，注射泵以注射速率為0.1-0.2ml/分鐘推進(jìn)針筒，沉積時(shí)間 為10-20分鐘，在基片上形成硅酸鋅鈣生物活性涂層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈦合金表面沉積硅酸鋅鈣生物涂層的制備方法，其特征在 于，所述前驅(qū)體溶液配制濃度為O.lg/ml。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的鈦合金表面沉積硅酸鋅鈣生物涂層的制備方法，其特征 在于，所述的注射速率為0.2ml/分鐘；所述的沉積時(shí)間為20分鐘。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種鈦合金表面沉積硅酸鋅鈣生物涂層的制備方法，其特征在于包括以下步驟(1)前驅(qū)體溶液的制備將硅酸鋅鈣溶于無(wú)水乙醇中，然后超聲處理20～30分鐘，配制成濃度為0.01-0.1g/ml的前驅(qū)體溶液；(2)制備硅酸鋅鈣生物活性涂層將前驅(qū)液注入注射針筒，注射泵以一定注射速率推進(jìn)針筒，通過(guò)控制沉積時(shí)間，在基片上形成一定厚度的硅酸鋅鈣生物活性涂層。本發(fā)明工藝設(shè)備簡(jiǎn)單，不需要高真空設(shè)備，在常壓下即可進(jìn)行；能大面積沉積薄膜，并可在立體表面沉積，沉積速率高，易實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)。
文檔編號(hào)B05D7/24GK102019271SQ20101060016
公開(kāi)日2011年4月20日 申請(qǐng)日期2010年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月21日
發(fā)明者余將明, 葉曉健, 朱軍, 王美艷, 陳玉云 申請(qǐng)人:上海納米技術(shù)及應(yīng)用國(guó)家工程研究中心有限公司, 上海長(zhǎng)征醫(yī)院