超高温度下制备高质量多孔钽金属涂层植入材料的方法技术

本发明专利技术公开了一种在超高温度下制备高质量多孔钽金属涂层植入材料的方法，其利用化学气相沉积方法在多孔支架表面沉积钽金属，其中，所述的多孔支架包括外层和内层，外层的空隙率为30～40％，孔隙直径为200～400μm，内层的孔隙率为80～90％，孔隙直径为400～600μm，化学气相沉积反应温度为1100℃，氢气流量为240～300mL/min，氯气流量为200～250mL/min)。本发明专利技术方法得到的钽涂层植入物(如接骨板)有较高的力学强度，其平均抗弯强度为150～250MPa，具有与人体松质骨近似的类十二面体多孔结构，弹性模量为1.5～10GPa，介于松质骨与皮质骨之间，可有效减少应力遮挡。

【技术实现步骤摘要】
超高温度下制备高质量多孔钽金属涂层植入材料的方法
本专利技术涉及多孔钽涂层生物材料的制备方法，具体涉及一种超高温度下制备高质量多孔钽金属涂层植入材料的制备方法，更具体涉及一种用于治疗四肢长骨骨折的生物型多孔钽金属涂层接骨板的制备方法。
技术介绍
对于四肢长骨干骨折，临床多采用切开复位内固定术，目前外科植入物所采用的金属材料主要包括医用不锈钢、纯钛及钛合金系列。钛合金具有比重小、强度高、弹性模量低、易加工成形等特点，现已发展成为外科植入物较为理想的功能结构材料。但是，复杂的人体内环境会引起金属材料腐蚀而导致有毒元素的释放，生物相容性因此降低；其次，金属材料的弹性模量与人体骨组织相差过大，易产生应力屏蔽效应，不利于新生骨的生长和重塑，甚至导致二次骨折。因此人们致力于寻找生物相容性更佳、与人体骨力学性能更为接近的金属材料。多孔钽金属因其优异的生物相容性和优良的力学性能，成为理想的生物医用材料。其具备的多孔结构可影响成骨细胞的增值，大分子易被其粗糙的表面吸附，并可能影响细胞增殖粘附及成骨能力。目前，多孔钽金属植入器件主要在现有的多孔支架的表面形成钽涂层来制备，制备钽涂层的传统方法主要是等离子喷涂技术和化学气相沉积技术。然而，等离子喷涂技术仅能喷涂平面结构简单的支架材料，对于复杂的多孔结构支架材料存在喷涂不均匀，基底难以完全覆盖等缺点。化学气相沉积方法，虽适用于复杂的三维多孔结构的表面处理，但涂层制备相对较薄，且影响涂层性能的因素较多，如沉积温度、涂层残余热应力较大等，表面易出现裂纹。此外，还存在沉积速率不稳定，导致涂层不均匀，涂层厚度较薄，与基体材料的结合力不够牢固，容易导致涂层脱落等问题，达不到内固定装置所需要的力学强度，限制了在临床的广泛应用。申请号为CN201510338752.3的专利技术专利公开了一种可植入医疗器件，钽涂层椎弓根螺钉的制备方法，该专利申请中的接骨螺钉可用钽制备金属涂层，在反应温度为950℃情况下，制备的涂层厚度仅为2～4微米，最佳为3微米。涂层厚度极其薄弱，仅能起到表面改性的作用，不具备力学支撑性能，螺钉支撑作用是钛螺钉本身的强度支撑，严格意义上说，不是真正的多孔钽金属产品，从而难以在临床进行推广应用。目前临床上应用的多孔钽金属产品主要集中在关节领域，比如髋、膝关节假体、脊柱椎间融合器等，但应用于四肢骨折的接骨板产品一直是临床空白。接骨板对力学性能要求较高，而气相沉积制备的钽金属涂层过薄，涂层薄导致钽金属产品的力学强度下降，达不到力学性能要求，不能应用于临床。目前临床急需一款高质量的多孔钽金属接骨板，其不仅具备钽金属优异的生物相容性，同时还具备优良的力学性能。在促进骨折愈合的同时，又可永久植入体内，不用二次手术取出，既节约了患者的经济负担，又避免了因二次手术对患者产生的生理和心理创伤。高质量多孔钽金属接骨板的研制是解决这一难题的重要突破口。
技术实现思路
本专利技术针对上述传统方法制备得到的多孔钽涂层植入材料在临床应用中存在的问题，提供一种新的生物型多孔钽涂层植入材料及其制备方法。本专利技术的技术方案如下：一种生物型多孔钽涂层植入物材料的制备方法，其利用化学气相沉积方法在多孔支架表面沉积钽金属，该制备方法包括如下步骤：(1)多孔支架用无水乙醇浸泡，超声震荡清洗30～60min后，用氮气吹干，置入反应室内，将钽金属置于反应室前端；(2)反应室内通入惰性气体，吹扫反应室10～20min，抽真空至200～250Pa条件下，将反应腔加热至1100℃，通入氯气和氢气，进行气相沉积反应20～30h；在步骤(2)中，所述氯气的流量为200～250mL/min，所述氢气的流量为240～300mL/min。在本专利技术中，通过上述步骤(1)进行清洗、吹干处理的多孔支架和作为原料的金属钽置于气相沉积反应室内，通入氯气和氢气进行沉积反应，其中，多孔支架放置于反应室内设置的反应托盘内，金属钽放置于反应室前端，这样，当通入氯气和氢气时，首先氯气和气化的钽金属发生化学反应，生成五氯化钽，接着五氯化钽与氢气发生反应，还原为气态钽金属，渗透并沉积至多孔支架内层表面、外层表面，形成钽涂层。在上述技术方案中，所述的多孔支架包括外层和内层，外层的空隙率为30～40％，孔隙直径为200～400μm，内层的孔隙率为80～90％，孔隙直径为400～600μm。所述的多孔支架由内层和外层来组成，所述内层和外层的厚度比为1:0.5～1.5，优选为1：1。所述的多孔支架经钽涂层后作为植入物，如作为接骨板，植入至生物体内用于骨折固定。其中植入物的一侧，即，多孔支架内层贴近骨质，本专利技术中将贴近于骨质侧的多孔支架的内层的空隙率控制为80～90％，孔隙直径控制为400～600μm，这样的设计有利于骨细胞和组织的长入，便于骨长入，促进骨折愈合；植入物的另一侧，即，多孔支架外层的空隙率为30～40％，孔隙直径为200～400μm，相对于内层空隙率和空隙直径小，通过这样的设计提高多孔支架外层的力学强度，提高其支撑作用，能够克服目前的多孔支架力学强度低的问题。在上述技术方案中，所述的多孔支架为多孔玻璃碳支架或多孔碳化硅支架。在上述技术方案中，在步骤(2)中所述的惰性气体为氩气或氮气中的一种或两种的混合。在上述技术方案中，所述的生物型多孔钽涂层植入物材料的制备方法，还包括：反应结束后，关闭氢气及氯气，连接冷却装置，在惰性气体保护下降温至200℃以下，得生物型多孔钽涂层植入物材料的步骤，其中，所述惰性气体为氩气或氮气中的一种或两种的混合。在上述技术方案中，在步骤(1)中所述的钽金属的纯度为99.99％-99.999％。本专利技术还提供一种上述的方法制备得到的生物型多孔钽涂层植入物材料，其中，所述的钽涂层的厚度为120～200μm，所述生物型多孔钽涂层植入物材料的平均抗弯强度为150～250MPa，弹性模量为1.5～10GPa。本专利技术的有益效果：(1)在化学气相沉积反应中，在传统CVD技术的基础上，增加氯气与纯钽金属的气化反应，生成气化的五氯化钽，然后在于氢气发生化学反应，生成气化钽金属，进行沉积。相对于采用高价的五氯化钽粉末的传统气相沉积方法，本申请可直接采用钽金属，极大地降低了成本。(2)用于钽涂层的多孔支架包括外层和内层，外层主要支撑作用，孔隙率为30～40％，孔隙直径范围为200～400μm。内层贴近骨质，孔隙率80～90％，有利于骨长入，促进骨折愈合。(3)本专利技术结合制备步骤的改进以及并进一步优化化学沉积反应参数，确定了特定的沉积反应温度(1100℃)、氢气流量(240～300mL/min)和氯气流量(200～250mL/min)等参数。较高沉积温度提高反应气体的分子运动以及扩散速度，提高沉积速度，有利于得到较厚的钽涂层；较高的气体流速，使反应气体更能够渗透到多孔支架内表面，涂层与支架材料互为一体，使接骨板承受的应力比较均匀。本专利技术得到的钽涂层厚度可高达120～200μm，达到更高的力学性能要求，而现有方法得到的钽涂层厚度一般为几微米。同时，本专利技术的钽涂层形貌良好、涂层均匀、致密，涂层与多孔支架的结合力大于60MPa，能满足临床应用过程中的抗剥脱需要，有效解决了现有的方法制备的涂层薄、不均匀，涂层与基体的结合力不够，容易脱落等问题。(4)本专利技术方法得到的钽涂本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种生物型多孔钽涂层植入物材料的制备方法，其利用化学气相沉积方法在多孔支架表面沉积钽金属，该制备方法包括如下步骤：(1)多孔支架用无水乙醇浸泡，超声震荡清洗30～60min后，用氮气吹干，置入反应室内，将钽金属置于反应室前端；(2)反应室内通入惰性气体，吹扫反应室10～20min，抽真空至200～250Pa条件下，将反应室加热至1100℃，通入氯气和氢气，进行气相沉积反应20～30h；在步骤(2)中，所述氯气的流量为200～250mL/min，所述氢气的流量为240～300mL/min。

【技术特征摘要】
1.一种生物型多孔钽涂层植入物材料的制备方法，其利用化学气相沉积方法在多孔支架表面沉积钽金属，该制备方法包括如下步骤：(1)多孔支架用无水乙醇浸泡，超声震荡清洗30～60min后，用氮气吹干，置入反应室内，将钽金属置于反应室前端；(2)反应室内通入惰性气体，吹扫反应室10～20min，抽真空至200～250Pa条件下，将反应室加热至1100℃，通入氯气和氢气，进行气相沉积反应20～30h；在步骤(2)中，所述氯气的流量为200～250mL/min，所述氢气的流量为240～300mL/min。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的多孔支架包括外层和内层，外层的空隙率为30～40％，孔隙直径为200～400μm，内层的孔隙率为80～90％，孔隙直径为...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵德伟，马志杰，李军雷，
申请(专利权)人：赵德伟，马志杰，李军雷，
类型：发明
国别省市：辽宁,21