專利名稱：一種醫用植入體及其制備方法
技術領域：
本發明屬于醫用植入體技術領域，具體涉及一種醫用涂層材料及其制備方法。
背景技術：
作為植入體用的醫學生物材料，其基本的要求除了生物功能性和生物相容性，當 然還必須具有一定的多孔性，以便生物新生組織長入材料孔隙形成牢固結合。長期以來，醫 學上已經臨床應用了許多植入材料，包括金屬、陶瓷、有機高分子聚合物等，其中金屬材料 因其所具有良好的高強度、高硬度以及較好的韌性和抗沖擊性，還具有多孔陶瓷和多孔有 機高分子聚合物不可比擬的強度和塑性組合，在人體承載部位骨組織的應用尤為重要，成 為臨床醫學領域廣泛使用的材料之一，通過特定的工藝方法制備多孔金屬材料，可以極大 地提高植入體的生物相容性。醫學生物材料成為世界科研的熱點領域，特別是在植入體的材料方面已經產生 了很多新的研究成果，與常規的不銹鋼及鈦等材料相比，這些材料具有獨特的優點。瑞 典艾斯特勒科技公司在中國申請的名稱為《一種醫用假體器件或醫用移植物》(專利號 ZL01820238. 1)的發明專利中描述了一種醫用假體器件，該醫用假體器件主要由鈦或其合 金、鋯或其合金、鉭或其合金、鉿或其合金、鈮或其合金和鉻-釩合金組成基體，其中金屬基 體材料表面涂有一層選自氫化鈦、氫化鋯、氫化鉭、氫化鉿、氫化鈮和氫化鉻和/或氫化釩 的氫化物材料，且氫化物材料層包含一種或多種與其相結合的生物分子物質，該器件或移 植物雖然改進了生物相容性，但是其制備工藝相對復雜、成本較高，應用推廣較困難。德國 W. C.賀利氏股份有限公司在中國申請的名稱為《改進的用于醫用器械和移植物的金屬合 金》(專利號ZL200410003878.7)發明專利中描述了一種改進的用于醫用器械和移植物的 金屬合金，該合金是由鈮、鉭以及選自鋯、鎢、或鉬中至少一種元素構成的高強度、低膜數的 金屬合金，雖然具有出色的生物相容性、不穿透射線性以及MRI兼容性，但是該種材料的密 度較高、患者的負荷較重，應用效果不夠理想。鉭是一種高熔點金屬，具有良好的機械強度、彈性模量以及耐蝕性等性能，已經廣 泛應用于航空、航天、電子、機械和化工等領域。由于鉭金屬或合金的密度大、價格高，不適 于單獨用作植入體本體材料，但是作為潛在的生物涂層材料，它具有良好的力學綜合性能 及耐蝕性。目前，已經有學者對Ta金屬和Ti - 25Ta合金等作為植入體材料進行過相關生 物學實驗，結果表明鉭與體液不反應、對肌體組織無刺激，具有很好的生物相容性，可以應 用于人體骨組織的替代植入。現有的鉭涂層生物材料制備方法主要采用固態燒結、熔體凝固、化學氣相沉積和 電沉積等方法，這些制備方法不但工藝復雜、生產效率低、價格昂貴，而且在生產過程中還 容易混入雜質元素，特別是涂層的厚度薄、硬度高和孔隙率低，但是鉭涂層的硬度過高會加 劇與之接觸部位組織的磨損，低孔隙率對人體組織在植入體中的牢固生長又有一定的限 制。
發明內容
本發明要解決的技術問題是提供一種醫用植入體及其制備方法。本發明的醫用植入體，包括植入體、涂層，其特點是在植入體的表面涂有鉭涂層， 鉭涂層為鉭單質材料、鉭合金材料或鉭/陶瓷復合涂層材料中的一種。植入體采用不銹鋼、 碳鋼、純鐵、純鈦或鈦合金中的一種。所述鉭涂層的厚度范圍為0. 1 mnT2.0 mm，孔隙率的體積百分比范圍為10 % 60%。本發明的醫用植入體的制備方法，依次按以下步驟進行
1)首先采用噴砂器械對植入體的待噴涂區域進行噴砂預處理，然后再用壓縮空氣或酒 精進行清洗；
2)在植入體的待噴涂區域噴涂鉭涂層，噴涂采用等離子噴涂裝置進行，噴涂過程為間 歇式分多次進行；等離子噴涂的工藝參數范圍為等離子弧電壓40 V飛0 V、電流500 A^SOO A、噴涂距離 100 mnT200 mm。上述醫用植入體的制備方法中的步驟2)中的等離子噴涂采用電弧噴涂替代，電弧噴 涂工藝參數為電弧電壓30V 50 V、霧化氣體壓力0. 2 MPa 1. 0 MPa、噴涂距離150匪 250匪。上述醫用植入體的制備方法中的步驟2中噴涂鉭涂層的原料形式為粉末狀或絲 材。本發明的醫用植入體的制備方法，通過噴涂工藝參數的調整，控制鉭粒子在飛行 過程中的溫度和速度，進而通過涂層孔隙率的變化來調整涂層材料的硬度、抗拉結合強度 和彈性模量等力學性能，以匹配植入處人體組織的力學性能。在本發明的醫用植入體的制 備方法中，通過噴涂工藝參數的調整，鉭涂層的孔隙率可以在較寬的范圍內變化，例如等離 子噴涂方法制備的鉭涂層孔隙率體積百分比范圍在10% 50%之間，電弧噴涂方法制備的 鉭涂層孔隙率體積百分比范圍在20% 60%之間。根據本發明的制備方法，通過多次間歇熱噴涂，可以降低涂層中的殘余應力，制備 厚度范圍較寬的鉭涂層。例如通過多次間歇噴涂，每次間歇2飛分鐘等待基體溫度下降到 30° (Γ50° C，然后再次繼續噴涂，鉭涂層的厚度最終可以達到0. 1 mnT2. 0mm。本發明的醫用植入體及其制備方法的制備工藝簡單、生產效率高、成本低廉。在保 證材料結合強度和硬度的基礎上獲得涂層厚度范圍較大、氣孔率和粗糙度較高的多孔鉭涂 層材料，本發明制備的醫用鉭涂層材料具有較少的氧含量和較高的力學綜合性能。
圖1為本發明的醫用植入體的實施例1的結構示意圖。圖2為本發明的醫用植入體的實施例1中的鉭涂層的截面金相照片。圖3為本發明的醫用植入體的實施例2中的鉭涂層的截面金相照片。圖4為本發明的醫用植入體的實施例7的結構示意圖。圖中，1.植入體 2.鉭涂層 3.生物陶瓷涂層。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發明作進一步的說明，但是本發明不僅限于這些實施例所介紹的范圍。實施例1
圖1為本發明的醫用植入體的實施例1的結構示意圖。從圖1中可以看出，本發明的 醫用植入體的結構，植入體1采用ICrlSNiOTi不銹鋼基體材料，植入體1與鉭涂層2緊密 結合。圖中植入體1的形狀應該為與植入部位的人體骨骼的形狀相適應，本實施例用圓柱 形表示植入體1的結構，鉭涂層2的形狀也與植入體1的形狀相同。圖2為本發明的醫用植入體的實施例1中的鉭涂層的截面金相照片，圖中黑色部 分為孔隙，白色部分為鉭涂層。采用粒度1165 mm的氧化鋁(白剛玉)在0.3 MPa壓力的壓 縮空氣下對ICrlSNiOTi不銹鋼基體進行噴砂處理，然后以粒度88 mm的冶金一級鉭粉為涂 層原料，以氬氣為主氣、氫氣為輔氣，采用大氣等離子噴涂工藝參數等離子弧電壓50 V、電 流540 A、送粉速率45 g/min、噴涂距離150 mm，可以得到孔隙率體積百分比為50%的鉭涂 層；通過多次間歇式噴涂，每次間歇2飛分鐘等待基體溫度下降到30 ° (Γ50 ° C，然后繼 續噴涂，鉭涂層的厚度可以達到0.05 mm 2. 0 mm，涂層的抗拉結合強度及粗糙度測試結果 見表1。表1涂層性能測試結果
權利要求
一種醫用植入體，包括植入體、涂層，其特征在于在植入體的表面涂有鉭涂層，鉭涂層為鉭單質材料、鉭合金材料或鉭/陶瓷復合涂層材料中的一種。
2.根據權利要求1所述的醫用植入體，其特征在于植入體采用不銹鋼、碳鋼、純鐵、純 鈦或鈦合金中的一種。
3.根據權利要求1所述的醫用植入體，其特征在于所述鉭涂層的厚度范圍為0.1 mnT2.0 mm，孔隙率的體積百分比范圍為10% 60%。
4.一種用于權利要求1所述的醫用植入體的制備方法，其特征在于依次按以下步驟進行1)首先采用噴砂器械對植入體的待噴涂區域進行噴砂預處理，然后再用壓縮空氣或酒 精進行清洗；2)在植入體的待噴涂區域噴涂鉭涂層，噴涂采用等離子噴涂裝置進行，噴涂過程為間 歇式分多次進行；等離子噴涂的工藝參數范圍為等離子弧電壓40 V飛0 V、電流500 A^SOO A、噴涂距離 100 mnT200 mm。
5.根據權利要求3所述醫用植入體的制備方法，其特征在于所述步驟2)中的等離 子噴涂采用電弧噴涂替代，電弧噴涂工藝參數為電弧電壓30疒50 V、霧化氣體壓力0.2 MPa 1.0 MPa、噴涂距離 150 mnT250 mm。
6.根據權利要求3或4所述醫用植入體的制備方法，其特征在于所述步驟2中噴涂 鉭涂層用的鉭原材料形式為粉末狀或絲材。
全文摘要
本發明公開了一種醫用植入體及其制備方法，涉及醫學生物和材料加工領域，本發明的醫用植入體包括植入體、涂層，其特點是在植入體的表面涂有鉭涂層，鉭涂層為鉭單質材料、鉭合金材料或鉭/陶瓷復合涂層材料中的一種。本發明的制備方法包括采用噴砂器械對植入體的待噴涂區域進行噴砂預處理和清洗；然后在植入體的待噴涂區域噴涂鉭涂層，噴涂采用等離子噴涂裝置進行。本發明具有生物相容性好、制備工藝簡單、生產效率高、生產成本低廉、基體可選范圍廣、工藝可控性好、對基體組織影響小及涂層粗糙度高、厚度和氣孔率較寬的優點。
文檔編號C23C4/12GK101961507SQ20101051820
公開日2011年2月2日 申請日期2010年10月26日 優先權日2010年10月26日
發明者李嶸, 楊帆, 王嘉勇, 王述鋼, 胡鳳云, 蔣馳 申請人:四川材料與工藝研究所