專利名稱：一種具有生物響應(yīng)性涂層的生物醫(yī)用材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有高生物響應(yīng)性表面的醫(yī)用生物涂層材料，尤其是一種表面具有刺激成骨細(xì)胞分化、增殖，促進(jìn)骨生長的，用于硬組織替代的摻金屬離子的含氟羥基磷灰石納米涂層的醫(yī)用材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
生物活性陶瓷因具有優(yōu)良的骨傳導(dǎo)性和生物相容性而獲得廣泛的關(guān)注，但是作為硬組織承載材料，單相的陶瓷或金屬很難滿足兼顧力學(xué)性能和生物活性性能的要求。目前多采用在醫(yī)用金屬基體表面涂覆能夠與人體硬組織形成骨性結(jié)合的活性涂層的方式。如中國專利CN1064610采用等離子噴涂工藝在齒科金屬表面制備羥基磷灰石涂層，中國專利CN1634609采用雙工藝等離子噴涂法制備納米羥基磷灰石生物涂層等等。但是采用等離子噴涂方法制備的羥基磷灰石涂層，會出現(xiàn)雜質(zhì)相以及涂層自身溶解度相對過大，在應(yīng)用中可能發(fā)生涂層溶解脫落以及顆粒的形成等，在局部引起炎癥，激活破骨細(xì)胞。誘發(fā)一系列引起骨溶解的級聯(lián)反應(yīng)，最終導(dǎo)致植入物失效的問題。而且，無論是羥基磷灰石或者磷酸三鈣等生物活性陶瓷，都不能促進(jìn)骨生長或抑制骨吸收，從而限制其進(jìn)一步的應(yīng)用。通過改進(jìn)制備方法和涂層成份來提高生物活性涂層的性能，是目前多數(shù)研究者采用的途徑。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種表面具有刺激成骨細(xì)胞分化、增殖，促進(jìn)骨生長的生物響應(yīng)性涂層的生物醫(yī)用材料及其制備方法。
本發(fā)明提供的具有生物響應(yīng)性涂層的生物醫(yī)用材料是由醫(yī)用基體和涂覆在基體表面的摻金屬離子的含氟羥基磷灰石納米涂層組成，涂層厚度在200nm～50μm之間，涂層中F/Ca的摩爾比為0.001～0.2，Ca/P的摩爾比為1.67，金屬離子與鈣的摩爾比為0.0001～0.05。
上述的醫(yī)用基體可以是鈦合金，金屬鈦，鈷鉻鉬合金，氧化鋁陶瓷或醫(yī)用不銹鋼。所說的金屬離子可以選自鋅，鍶，鎂，鑭，銪，鉺，錳，硅，鋯，鈉和鉀中的一種或幾種。摻金屬離子的含氟羥基磷灰石納米涂層中晶體顆粒尺寸在10～20nm之間。
本發(fā)明的具有生物響應(yīng)性涂層的生物醫(yī)用材料的制備方法，包括以下步驟
1)將可溶于液態(tài)醇的鈣化合物溶解于醇中形成濃度為1～4mol/L的鈣先驅(qū)體；2)將可溶于液態(tài)醇的金屬離子化合物溶解于醇中形成濃度為0.005mol/L～0.1mol/L的金屬離子先驅(qū)體；3)將磷酸酯或部分酯化的磷酸溶解于液態(tài)醇中配成濃度為1.0～4.0mol/L的磷先驅(qū)體；4)將鈣先驅(qū)體、金屬離子先驅(qū)體、磷先驅(qū)體以及含氟化合物按預(yù)先設(shè)定的金屬離子與鈣的比例和Ca∶P∶F比例混合，并攪拌此混合液；5)將上述混合液回流12～24小時(shí)后形成涂膜溶膠液；6)用溶膠-凝膠浸漬提拉法、旋涂法、浸漬提拉結(jié)合離心法或溶液熱噴涂法在醫(yī)用基體表面涂層，即可。
本發(fā)明中，所說的液態(tài)醇包括甲醇、乙醇或丙醇。鈣化合物可以是硝酸鈣或醋酸鈣。金屬離子化合物可以是鋅，鍶，鎂，鑭，銪，鉺，錳，硅，鋯，鈉或鉀金屬離子的硝酸鹽或醋酸鹽。磷酸酯可以采用磷酸三丁酯或磷酸三乙酯等。所說的部分酯化的磷酸可以采用先將五氧化二磷溶解于液態(tài)醇，如甲醇、乙醇或丙醇中，形成磷濃度為1.0～4.0mol/L溶液，再將此溶液回流24小時(shí)制備而成，其中部分OH基團(tuán)被醇基取代、分子式為PO(OH)X(OR)3-X，式中R為醇基，X等于1或2。所說的含氟化合物是六氟磷酸(HPF6)、單氟磷酸或氟化銨。根據(jù)加入含氟化合物含量的不同，所得的磷灰石相可為羥基磷灰石、含氟羥基磷灰石、氟磷灰石。
以公知常規(guī)的溶膠-凝膠浸漬提拉法、旋涂法或浸漬提拉結(jié)合離心法制備涂層，可通過多次重復(fù)使基體上的涂層達(dá)到所需的厚度。一般提拉基體速度控制在1cm/min～10cm/min之間，旋涂法控制轉(zhuǎn)速在1500rpm～4000rpm之間。
本發(fā)明在羥基磷灰石中引入金屬離子包括鋅，鍶，鎂，鑭，銪，鉺，錳，硅，鋯，鈉，鉀。研究表明，這些金屬離子與人體內(nèi)的多種蛋白和酶有關(guān)，具有刺激成骨細(xì)胞分化，增殖，促進(jìn)骨生長和抑制破骨細(xì)胞形成的作用。金屬離子的引入可刺激成骨細(xì)胞活性，促進(jìn)植入物周圍新骨生長，從而達(dá)到縮短愈合時(shí)間，提高植入效率的作用。而且，金屬離子的引入可抑制破骨細(xì)胞的形成，進(jìn)而抑制骨溶解，從而對防止硬組織替代中常見的顆粒病的產(chǎn)生起到積極的作用。
本發(fā)明在羥基磷灰石中引入氟，形成的含氟磷灰石較羥基磷灰石具有更好的抗溶解性以及相近或更好生物活性，這種成份上的變化將十分有利于兼顧涂層的長效性和生物活性。
本發(fā)明所得的涂層中晶相含量高，晶體顆粒尺寸為10～20nm，相純度高，結(jié)構(gòu)致密。采用含氟化合物引入氟，不僅氟的利用率高、且對環(huán)境污染小。本發(fā)明制備方法簡單易行，設(shè)備要求低，操作簡單，涂層厚度可以較精確地從涂膜次數(shù)來控制，厚度在幾百納米到幾十微米之間可調(diào)。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合實(shí)例進(jìn)一步說明本發(fā)明。
實(shí)施例1將硝酸鈣溶解于乙醇中形成濃度為1mol/L的醇溶液。將硝酸鋅溶解于乙醇形成濃度為0.005mol/L的醇溶液。將五氧化二磷溶解于乙醇形成的部分OH基團(tuán)被醇基取代的、分子式如PO(OH)X(OR)3-X的濃度為1.0mol/L的磷酸，并回流24小時(shí)，以六氟磷酸作為含氟化合物，以Zn/Ca的摩爾比為0.0001，Ca∶P∶F＝1000∶600∶1混合，混合液回流12小時(shí)所得溶膠采用浸漬提拉法在醫(yī)用基體表面涂膜。
實(shí)施例2將醋酸鈣溶解于乙醇中形成濃度為4mol/L的醇溶液。將硝酸鍶溶解于乙醇形成濃度為0.1mol/L的醇溶液。將五氧化二磷溶解于乙醇形成的部分OH基團(tuán)被醇基取代的、分子式如PO(OH)X(OR)3-X的濃度為4.0mol/L的磷酸，并回流24小時(shí)，以單氟磷酸作為含氟化合物，以Sr/Ca的摩爾比為0.05，Ca∶P∶F摩爾比為5∶3∶1混合，混合液回流12小時(shí)所得溶膠采用旋涂法在醫(yī)用基體表面涂膜。
實(shí)施例3將硝酸鈣溶解于乙醇中形成濃度為2mol/L的醇溶液。將硝酸錳溶解于乙醇形成濃度為0.1mol/L的醇溶液。將五氧化二磷溶解于乙醇形成的部分OH基團(tuán)被醇基取代的、分子式如PO(OH)X(OR)3-X的濃度為2.0mol/L的磷酸，并回流24小時(shí)，以氟化銨作為含氟化合物，以Mn/Ca的摩爾比為0.006，Ca∶P∶F的摩爾比為15∶9∶1混合，混合液回流24小時(shí)所得溶膠采用溶液噴涂法在醫(yī)用基體表面涂膜。
實(shí)施例4將硝酸鈣溶解于乙醇中形成濃度為2mol/L的醇溶液。將硝酸鋅和硝酸錳溶解于乙醇形成濃度為0.1mol/L的醇溶液。采用磷酸三乙酯作為磷先驅(qū)體，以六氟磷酸作為含氟化合物，以(Zn+Mn)/Ca的摩爾比為0.009，Ca∶P∶F的摩爾比為5∶3∶1混合，混合液回流24小時(shí)所得溶膠采用浸漬提拉結(jié)合離心法在醫(yī)用基體表面涂膜。
實(shí)施例5將硝酸鈣溶解于乙醇中形成濃度為2mol/L的醇溶液。將硝酸鑭和溶解于乙醇形成濃度為0.01mol/L的醇溶液。采用磷酸三乙酯作為磷先驅(qū)體，以六氟磷酸作為含氟化合物，以La/Ca的摩爾比為0.0002，Ca∶P∶F的摩爾比為5∶3∶1混合，混合液回流24小時(shí)所得溶膠浸漬提拉法在醫(yī)用基體表面涂膜。
權(quán)利要求
1.一種具有生物響應(yīng)性涂層的生物醫(yī)用材料，其特征是由醫(yī)用基體和涂覆在基體表面的摻金屬離子的含氟羥基磷灰石納米涂層組成，涂層厚度在200nm～50μm之間，涂層中F/Ca的摩爾比為0.001～0.2，Ca/P的摩爾比為1.67，金屬離子與鈣的摩爾比為0.0001～0.05。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有生物響應(yīng)性涂層的生物醫(yī)用材料，其特征是所說的醫(yī)用基體為鈦合金，金屬鈦，鈷鉻鉬合金，氧化鋁陶瓷或醫(yī)用不銹鋼。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有生物響應(yīng)性表面的生物醫(yī)用材料，其特征是所說的金屬離子選自鋅，鍶，鎂，鑭，銪，鉺，錳，硅，鋯，鈉和鉀中的一種或幾種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有生物響應(yīng)性涂層的生物醫(yī)用材料，其特征是摻金屬離子的含氟羥基磷灰石納米涂層中晶體顆粒尺寸在10～20nm之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有生物響應(yīng)性涂層的生物醫(yī)用材料的制備方法，其特征是包括以下步驟1)將可溶于液態(tài)醇的鈣化合物溶解于醇中形成濃度為1～4mol/L的鈣先驅(qū)體；2)將可溶于液態(tài)醇的金屬離子化合物溶解于醇中形成濃度為0.005mol/L～0.1mol/L的金屬離子先驅(qū)體；3)將磷酸酯或部分酯化的磷酸溶解于液態(tài)醇中配成濃度為1.0～4.0mol/L的磷先驅(qū)體；4)將鈣先驅(qū)體、金屬離子先驅(qū)體、磷先驅(qū)體以及含氟化合物按預(yù)先設(shè)定的金屬離子與鈣的比例和Ca∶P∶F比例混合，并攪拌此混合液；5)將上述混合液回流12～24小時(shí)后形成涂膜溶膠液；6)用溶膠-凝膠浸漬提拉法、旋涂法、浸漬提拉結(jié)合離心法或溶液熱噴涂法在醫(yī)用基體表面涂層，即可。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的具有生物響應(yīng)性涂層的生物醫(yī)用材料的制備方法，其特征是所說的液態(tài)醇為甲醇，乙醇或丙醇。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的具有生物響應(yīng)性涂層的生物醫(yī)用材料的制備方法，其特征在于所說的鈣化合物是硝酸鈣或醋酸鈣；所說的金屬離子化合物是鋅，鍶，鎂，鑭，銪，鉺，錳，硅，鋯，鈉或鉀金屬離子的硝酸鹽或醋酸鹽。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的具有生物響應(yīng)性涂層的生物醫(yī)用材料的制備方法，其特征是所說的含氟化合物為六氟磷酸、單氟磷酸或氟化銨。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的具有生物響應(yīng)性涂層的生物醫(yī)用材料的制備方法，其特征是所說的磷酸酯是磷酸三丁酯或磷酸三乙酯。
10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的具有生物響應(yīng)性涂層的生物醫(yī)用材料的制備方法，其特征是所說的部分酯化的磷酸是將五氧化二磷溶解于液態(tài)醇中形成磷濃度為1.0～4.0mol/L溶液，再將此溶液回流24小時(shí)制成，其分子式為PO(OH)X(OR)3-X，式中R為醇基，X等于1或2。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種具有生物響應(yīng)性涂層的生物醫(yī)用材料及其制備方法，它由醫(yī)用基體和涂覆在基體表面的摻金屬離子的含氟羥基磷灰石納米涂層組成，采用將鈣先驅(qū)體、金屬離子先驅(qū)體、磷先驅(qū)體以及含氟化合物按預(yù)先設(shè)定的金屬離子與鈣的比例和Ca∶P∶F比例混合，將混合液回流形成涂膜溶膠液，再用溶膠－凝膠浸漬提拉法、旋涂法、浸漬提拉結(jié)合離心法或溶液熱噴涂法在醫(yī)用基體表面涂層。本發(fā)明解決了醫(yī)用植入體表面涂層在促進(jìn)骨生長，抑制骨吸收，以及長效性等難題。獲得的摻金屬離子的含氟羥基磷灰石納米涂層能夠在植入早期刺激成骨細(xì)胞分化增殖，促進(jìn)骨生長，加快治愈過程，并且具有良好的抗溶解性和長效性。
文檔編號A61L27/32GK1743014SQ200510060928
公開日2006年3月8日 申請日期2005年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月28日
發(fā)明者翁文劍, 苗順東, 程逵, 宋晨路, 杜丕一, 沈鴿, 趙高凌, 張溪文, 徐剛, 汪建勛, 韓高榮 申請人:浙江大學(xué)