一種含梯度鈣磷的均孔生物陶瓷種植體材料的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種含梯度鈣磷的均孔生物陶瓷種植體材料的制備方法，配制低溫電解液：用去離子水配成含鈣離子濃度C(Ca)=8～30mmol/L、含磷離子濃度C(P)=2～5mmol/L的電解液，用去離子水冷凍成冰置于電解液中，制成冰水混合低溫電解液；在低溫電解液中對鈦或鈦合金進行微弧氧化處理。本發(fā)明的種植體材料表面陶瓷膜微孔均勻一致；鈣磷含量在膜層中呈梯度變化，且內(nèi)層膜層含有較多的鈣磷元素；骨界面成熟期由目前鈦種植牙的3～6個月縮短到3個月以內(nèi)；生物學(xué)性能符合ISO、中國藥典及美國藥典的有關(guān)規(guī)定。
【專利說明】一種含梯度鈣磷的均孔生物陶瓷種植體材料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及生物醫(yī)用種植體材料的制備方法，特別涉及一種含鈣磷元素的精致孔隙生物陶瓷種植體材料制備方法。
【背景技術(shù)】 [0002]鈦及鈦合金是應(yīng)用范圍很廣的種植體材料，具有良好的生物相容性，但無生物活性，在植入早期難以與骨直接形成化學(xué)結(jié)合，且治愈時間較長。為了提高其生物活性，目前大多采用等離子噴涂、離子濺射、電泳、微波燒結(jié)等技術(shù)，在其表面制備羥基磷灰石和生物活性玻璃涂層，或用化學(xué)活化處理方法制備二氧化鈦或鈦酸鈉凝膠生物活性薄膜，但這些涂層或薄膜均與鈦及鈦合金基體有明顯的界面，結(jié)合強度低，應(yīng)用中存在長期穩(wěn)定效果不理想、涂層與基體金屬結(jié)合強度退化甚至脫落等問題。微弧氧化(MAO，MiCToarcOxidation)又稱微等離子體氧化或陽極火花沉積，是一種在有色金屬表面原位生長陶瓷膜的新技術(shù)，已經(jīng)在臨床上有了廣泛的應(yīng)用。采用該技術(shù)能在合金表面生長一層致密的氧化物陶瓷膜，這層保護膜厚度可控，與基體結(jié)合力強，尺寸變化小，使基材耐磨損、耐腐蝕、抗熱沖擊及力學(xué)性能得到極大改善。采用微弧氧化技術(shù)可在鈦及鈦合金表面合成多孔二氧化鈦陶瓷層，該陶瓷層與鈦及鈦合金基體無界面，具有高的結(jié)合強度。但是，由于受電解液中鈣磷離子濃度不可變化的影響，使得該陶瓷層內(nèi)層含鈣磷元素少，且整個陶瓷層缺乏必要的鈣磷含量梯度；還由于受電解液溫度限制(通常是40°C )，使該工藝的氧化電壓及頻率不能太高，形成的孔隙也不盡理想。因此，這就很難使陶瓷層得到有利于種植體初期骨誘導(dǎo)與骨整合的鈣磷含量和孔隙結(jié)構(gòu)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種含梯度鈣磷的均孔生物陶瓷種植體材料的制備方法。
[0004]本發(fā)明采取的技術(shù)方案為:
[0005]一種含梯度鈣磷的均孔生物陶瓷種植體材料的制備方法，包括步驟如下:
[0006](I)配制低溫電解液:用去離子水配成含鈣離子濃度C (Ca) =8~30mmol/L、含磷離子濃度C(P) =2~5mmol/L的電解液，用(優(yōu)選同體積的)去離子水冷凍成冰置于電解液中，制成冰水混合低溫電解液；
[0007](2)在低溫電解液中對鈦或鈦合金進行微弧氧化處理:將鈦或鈦合金基體于冰水混合低溫電解液中，在冰融化完之前完成微弧氧化，在鈦及鈦合金表面氧化成多孔二氧化鈦陶瓷層。
[0008]上述制備方法中步驟(1)所述的冰水混合低溫電解液溫度控制在0°C，優(yōu)選微弧氧化裝置冷卻系統(tǒng)控制電解液中去離子水冰塊的溶化速度V ( 40ml/min，或其完全溶化時間 t 25min。
[0009]步驟(2)中所述的微弧氧化處理，其工藝電參數(shù)是:采用恒壓微弧氧化工藝，電極電壓U=600~700V，電極頻率f=700~900Hz，占空比d=10~20%，微弧氧化處理時間t=15 ~25min。
[0010]優(yōu)選微弧氧化時間t=20min，電極電壓U=650V，電極頻率f=800Hz，占空比d=15% ；電解液中Ca/P摩爾比=5:1。
[0011]置鈦或鈦合金基體于冰水混合低溫電解液中，經(jīng)過微弧氧化過程鈦及鈦合金表面氧化成多孔二氧化鈦陶瓷層，氧化過程產(chǎn)生的等離子體放電及電化學(xué)反應(yīng)熱量使去離子水冰塊逐漸溶化，使電解液中含鈣磷離子濃度梯度減小，得到含梯度鈣磷元素的多孔種植體陶瓷層，且由于陶瓷內(nèi)層微弧氧化時電解液鈣磷離子濃度較高而使其鈣磷含量得到較大提升。
[0012]微弧氧化過程始終在制作的冰水混合低溫電解液中進行，電解液溫度T=0°C，故可使用較大的微弧氧化工藝電壓及頻率；同時由于低溫電解液的“冷淬”作用，使陶瓷層表面微孔分布更趨于均勻精致，促進了種植體的孔隙功能。
[0013]本發(fā)明的種植體材料表面陶瓷膜微孔均勻一致；鈣磷含量在膜層中呈梯度變化，且內(nèi)層膜層含有較多的鈣磷元素；骨界面成熟期由目前鈦種植牙的3~6個月縮短到3個月以內(nèi)；生物學(xué)性能符合ISO、中國藥典及美國藥典的有關(guān)規(guī)定。本發(fā)明的含梯度鈣磷元素的精致孔隙生物陶瓷種植體材料具有與生物相容性好，和骨牢固結(jié)合，骨內(nèi)愈合期短，骨誘導(dǎo)及骨整合性能良好等特性，主要用于人工牙種植體以及人體承力的骨、關(guān)節(jié)等硬組織修復(fù)和替換材料的制備。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1為實施例1得到的種植體表面形貌圖(a)和Ca、P梯度分布圖(b)；
[0015]圖2為實施例2種植體表面形貌圖(a)和Ca、P梯度分布圖(b)；
[0016]圖3為實施例3種植體表面形貌圖(a)和Ca、P梯度分布圖(b)。
【具體實施方式】
[0017]下面結(jié)合實施例進一步說明。
[0018]實施例1
[0019]在含鈣磷的冰水混合低溫電解液IL中對鈦或鈦合金進行微弧氧化處理，冷凍去離子水(或蒸餾水)成冰IL并置其于電解液中。其工藝參數(shù)是:采用恒壓微弧氧化工藝，電極電壓U=650V，電極頻率f=800Hz，占空比d=15%，微弧氧化處理時間t=20min ;電解液含鈣離子濃度(:化&)=1511111101/1，含磷離子濃度(:(?)=311111101/1。用該工藝處理鈦表面所得氧化膜表面微孔均勻一致，相組成為銳鈦礦相TiO2 +金紅石相TiO2 + CaTiO3 + P043_基團，氧化膜厚度為22.8 μ m，氧化膜中的Ca/P = 1.608,臨界負荷值為29.7N，骨界面成熟期由目前鈦種植牙的3~6個月縮短到3個月以內(nèi)。
[0020]實施例2
[0021]在含鈣磷的冰水混合低溫電解液IL中對鈦或鈦合金進行微弧氧化處理，冷凍去離子水(或蒸餾水)成冰IL并置其于電解液中。其工藝參數(shù)是:采用恒壓微弧氧化工藝，電極電壓U=600V，電極頻率f=700Hz，占空比d=15%，微弧氧化處理時間t=25min ;電解液含鈣離子濃度以0&)=20臟01/1，含磷離子濃度(:(?)=411111101/1。用該工藝處理鈦表面所得氧化膜表面微孔均勻一致。
[0022]實施例3
[0023]在含鈣磷的冰水混合低溫電解液IL中對鈦或鈦合金進行微弧氧化處理，冷凍去離子水(或蒸餾水)成冰IL并置其于電解液中。其工藝參數(shù)是:采用恒壓微弧氧化工藝，電極電壓U=700V，電極頻率f=900Hz，占空比d=20%，微弧氧化處理時間t=15min ;電解液含鈣離子濃度C (Ca) =IOmmoI/L，含磷離子濃度C(P) =2mmoI/L。用該工藝處理鈦表面所得氧化膜表面微孔均 勻一致。
【權(quán)利要求】
1.一種含梯度鈣磷的均孔生物陶瓷種植體材料的制備方法，包括步驟如下:
(1)配制低溫電解液:用去離子水配成含鈣離子濃度C(Ca) =8~30mmol/L、含磷離子濃度C (P) =2~5mmol/L的電解液，用去離子水冷凍成冰置于電解液中，制成冰水混合低溫電解液； (2)在低溫電解液中對鈦或鈦合金進行微弧氧化處理:將鈦或鈦合金基體于冰水混合低溫電解液中，在冰融化完之前完成微弧氧化，在鈦及鈦合金表面氧化成多孔二氧化鈦陶瓷層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種含梯度鈣磷的均孔生物陶瓷種植體材料的制備方法，其特征是，步驟(1)所述的冰水混合低溫電解液溫度控制在o°c。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種含梯度鈣磷的均孔生物陶瓷種植體材料的制備方法，其特征是，步驟(1)微弧氧化裝置冷卻系統(tǒng)控制電解液中去離子水冰塊的溶化速度V ( 40ml/min,或其完全溶化時間tg≥25min。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種含梯度鈣磷的均孔生物陶瓷種植體材料的制備方法，其特征是，步驟(2)中所述的微弧氧化處理，其工藝電參數(shù)是:采用恒壓微弧氧化工藝，電極電壓U=600~700V，電極頻率f=700~900Hz，占空比d=10~20%，微弧氧化處理時間t=15 ~25min。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種含梯度鈣磷的均孔生物陶瓷種植體材料的制備方法，其特征是，微弧氧化處理時間t=20min,電極電壓U=650V,電極頻率f=800Hz,占空比d=15% ;電解液中Ca/P摩爾比=5:1。
【文檔編號】C25D11/26GK103603021SQ201310624274
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2013年11月28日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月28日
【發(fā)明者】朱瑞富, 王宏元, 呂宇鵬, 王曉亭 申請人:山東大學(xué)