专利名称：用火焰热处理在医用移植体上制备钙磷酸盐涂层的方法
技术领域：
本发明涉及一种采用火焰法热处理在在医用移植体上制备钙磷酸盐涂层的方法。
背景技术：
羟基磷灰石涂层具有优良的生物相容性，能够显著改善硬组织移植体早期生物活性，被广泛地应用于生物医用材料表面改性。目前应用于临床的移植体多采用等离子喷涂法在植入物表面涂覆羟基磷灰石涂层。获得的涂层与基体的结合强度较高。如中国专利CN1064610采用等离子喷涂工艺在齿科金属表面制备羟基磷灰石涂层，中国专利CN1254031对等离子喷涂羟基磷灰石涂层进行烘烤的同时通过水蒸汽通道管向涂层表面喷射水蒸汽，提高涂层的结晶度。但是采用等离子喷涂方法制备的羟基磷灰石涂层，会出现杂质相，涂层自身溶解度相对过大，以及涂层厚度过大等，会影响涂层的力学性能，在应用中可能发生涂层溶解脱落以及颗粒的形成等。而且，在具有较复杂形状的植入物表面改性时，等离子喷涂法不易获得均匀稳定的涂层。
发明内容
本发明的目的是提供一种采用火焰热处理在医用移植体上制备钙磷酸盐涂层的方法，以使制得的涂层均匀稳定，结合力好，不易脱落。
为达上述目的，本发明的技术解决方案有以下两种方案1用火焰热处理在医用移植体上制备钙磷酸盐涂层的方法，包括以下步骤1)将钙化合物溶解于液态醇中形成浓度为1～4mol/L的钙先驱体；将可溶于液态醇的金属离子化合物溶解于醇中形成浓度为0.005mol/L～0.1mol/L的金属离子先驱体；将磷酸酯或部分酯化的磷酸溶解于液态醇中配成浓度为1.0～4.0mol/L的磷先驱体；2)将钙先驱体、金属离子先驱体、磷先驱体以及含氟化合物按预先设定的M/(M+Ca)摩尔比例和Ca∶P∶F摩尔比例混合，并搅拌此混合液，其中M/(M+Ca)的摩尔比为0～0.05，F/Ca的摩尔比为0～0.2，Ca/P的摩尔比为1.67，M表示Zn，Sr，Mg，La，Eu，Er，Mn，Si，Zr，Na或K离子；3)将上述混合液回流12～24小时后形成溶胶液A；
4)将磷酸钙粉末加入上述溶胶液A中，磷酸钙粉末中所含的钙与溶胶液中所含的钙的摩尔比为0.05～2，搅拌后超声波处理形成乳浊液B；5)用浸渍提拉法、旋涂法、浸渍提拉结合离心法或溶液热喷涂法将步骤4)所得的乳浊液B涂覆在医用移植体表面，形成凝胶膜；6)在医用移植体自转的条件下，用温度为700～1200℃的火焰对凝胶膜进行热处理15～60min，形成钙磷酸盐涂层。
方案2用火焰热处理在医用移植体上制备钙磷酸盐涂层的方法，包括以下步骤1)将钙化合物溶解于液态醇中形成浓度为1～4mol/L的钙先驱体；将可溶于液态醇的金属离子化合物溶解于醇中形成浓度为0.005mol/L～0.1mol/L的金属离子先驱体；将磷酸酯或部分酯化的磷酸溶解于液态醇中配成浓度为1.0～4.0mol/L的磷先驱体；2)将钙先驱体、金属离子先驱体、磷先驱体以及含氟化合物按预先设定的M/(M+Ca)摩尔比例和Ca∶P∶F摩尔比例混合，并搅拌此混合液，其中M/(M+Ca)的摩尔比为0～0.05，F/Ca的摩尔比为0～0.2，Ca/P的摩尔比为1.67，M表示Zn，Sr，Mg，La，Eu，Er，Mn，Si，Zr，Na或K离子；3)将上述混合液回流12～24小时后形成溶胶液；4)用浸渍提拉法、旋涂法、浸渍提拉结合离心法或溶液热喷涂法将所得的溶胶液涂覆在医用移植体表面，形成凝胶膜；5)在医用移植体自转的条件下，用温度为700～1200℃的火焰对凝胶膜进行热处理15～60min，形成钙磷酸盐涂层。
本发明上述两种方案中，所述的含钙化合物可以为硝酸钙或醋酸钙。所说的金属离子化合物是锌，锶，镁，镧，铕，铒，锰，硅，锆，钠或钾金属离子硝酸盐中的一种或几种。所说液态醇是甲醇、乙醇或丙醇。磷酸酯可以采用磷酸三丁酯或磷酸三乙酯等。所说的部分酯化的磷酸是将五氧化二磷溶解于液态醇，如甲醇、乙醇或丙醇中形成磷浓度为1.0～4.0mol/L溶液，再将此溶液回流24小时制成，其分子式为PO(OH)X(OR)3-X，式中R为醇基，X等于1或2。
所说的氟化物是六氟磷酸、单氟磷酸或氟化铵，根据加入含氟化合物含量的不同，可得到不同氟含量的钙磷酸盐。所说的磷酸钙粉末可以是β-磷酸三钙、α-磷酸三钙、α/β-磷酸三钙或无定形磷酸钙粉末中的一种或几种。
所说的医用移植体可以是骨钉、牙根或关节等。
本发明以常规采用的溶胶-凝胶浸渍提拉法、旋涂法或浸渍提拉结合离心法制备涂层，可通过多次重复使基体上的涂层达到所需的厚度。一般提拉基体速度控制在1cm/min～10cm/min之间，医用移植体自转转速控制在30rpm～300rpm之间。以火焰热处理涂层，火焰可采用氧炔焰，乙醇焰或氢火焰，火焰温度控制在700～1200℃之间，通过多次重复涂膜及火焰热处理过程可使涂层达到所需的厚度，获得的钙磷酸盐涂层厚度在200nm～50μm之间可调。
本发明制备方法简单，成本低。可在形状复杂的移植物表面获得均匀稳定，结合强度好的，抗溶解性能好的钙磷酸盐涂层。
具体实施例方式
实施例1将Ca(NO3)2·6H2O溶解于乙醇中形成浓度为2mol/L的钙先驱体溶液。将钙和磷酸三乙酯按Ca∶P的摩尔比为5∶3混合，混合液回流12小时得溶胶液A。将β-磷酸三钙粉末按Ca(β-磷酸三钙粉末)/Ca(溶胶液)为0.05的比例添加到A溶胶液中超声波振荡形成乳浊液B用于涂膜。将医用移植体在涂膜液B中浸渍，以8cm/min的速度替拉出来同时以80rpm的转速自转，采用氧炔焰(O2/C2H2＞1)热处理移植体表面60min，获得均匀稳定的钙磷酸盐涂层。
实施例2将Ca(NO3)2·6H2O溶解于乙醇中形成浓度为2mol/L的钙先驱体溶液。将Mg(NO3)2·4H2O溶解于乙醇形成浓度为0.01mol/L的醇溶液。将P2O5溶解于乙醇中形成磷浓度为2.0mol/L的磷先驱体溶液，再将此溶液回流24小时。以Mg/(Mg+Ca)的摩尔比为0.05，Ca∶P＝5∶3混合，混合液回流12小时得溶胶液A。将β-磷酸三钙粉末按Ca(β-磷酸三钙粉末)/Ca(溶胶液)为0.25的比例添加到A溶胶液中超声波振荡形成乳浊液B用于涂膜。将医用移植体在涂膜液B中浸渍，以8cm/min的速度替拉出来同时以70rpm的转速自转，采用氧炔焰(O2/C2H2＞1)热处理移植体表面60min，获得均匀稳定的钙磷酸盐涂层。
实施例3将Ca(NO3)2·6H2O溶解于乙醇中形成浓度为4mol/L的钙先驱体溶液。将P2O5溶解于乙醇中形成磷浓度为4.0mol/L的磷先驱体溶液，再将此溶液回流24小时。以六氟磷酸作为含氟化合物，将钙和磷先驱体溶液以及六氟磷酸按Ca∶P∶F的摩尔比为5∶3∶1混合，混合液回流12小时得溶胶液A。将α-磷酸三钙粉末按Ca(α-磷酸三钙粉末)/Ca(溶胶液)为0.125的比例添加到A溶胶液中超声波振荡形成乳浊液B用于涂膜。将医用移植体在涂膜液B中浸渍，以8cm/min的速度替拉出来同时以80rpm的转速自转，采用氧炔焰(O2/C2H2＞1)热处理移植体表面50min，获得均匀稳定的钙磷酸盐涂层。
实施例4将Ca(NO3)2·6H2O溶解于乙醇中形成浓度为2mol/L的钙先驱体溶液。将Mg(NO3)2·4H2O溶解于乙醇形成浓度为0.01mol/L的醇溶液。将P2O5溶解于乙醇中形成磷浓度为2.0mol/L的磷先驱体溶液，再将此溶液回流24小时。以氟化铵作为含氟化合物，以Mg/(Mg+Ca)的摩尔比为0.05，Ca∶P∶F＝5∶3∶1混合，混合液回流12小时所得溶胶作为涂膜液。将α-磷酸三钙粉末按Ca(α-磷酸三钙粉末)/Ca(溶胶液)为0.5的比例添加到A溶胶液中超声波振荡形成乳浊液B用于涂膜。将医用移植体在涂膜液B中浸渍，以8cm/min的速度替拉出来同时以100rpm的转速自转，采用氢火焰热处理移植体表面40min，获得均匀稳定的钙磷酸盐涂层。
实施例5将Ca(NO3)2·6H2O溶解于乙醇中形成浓度为2mol/L的钙先驱体溶液。将Mn(NO3)2·4H2O溶解于乙醇形成浓度为0.005mol/L的醇溶液。将P2O5溶解于乙醇中形成磷浓度为2.0mol/L的磷先驱体溶液，再将此溶液回流24小时。以氟化铵作为含氟化合物，以Mn/(Mn+Ca)的摩尔比为0.005，Ca∶P∶F＝5∶3∶1混合，混合液回流12小时所得溶胶作为涂膜液。将α/β-磷酸三钙粉末按Ca(α/β-磷酸三钙粉末)/Ca(溶胶液)为2的比例添加到A溶胶液中超声波振荡形成乳浊液B用于涂膜。将医用移植体在涂膜液B中浸渍，以8cm/min的速度替拉出来同时以80rpm的转速自转，采用氢火焰热处理移植体表面20min，获得均匀稳定的钙磷酸盐涂层。
实施例6将Ca(NO3)2·6H2O溶解于甲醇中形成浓度为1mol/L的钙先驱体溶液。将P2O5溶解于甲醇中形成磷浓度为1.0mol/L的磷先驱体溶液，再将此溶液回流24小时。将钙和磷先驱体溶液按Ca∶P的摩尔比为5∶3混合，混合液回流12小时所得溶胶作为涂膜液。将医用移植体在涂膜液中浸渍，以8cm/min的速度替拉出来同时以30rpm的转速自转，采用氧炔焰热处理移植体表面15min，获得均匀稳定的钙磷酸盐涂层。
实施例7将Ca(NO3)2·6H2O溶解于乙醇中形成浓度为4mol/L的钙先驱体溶液。将P2O5溶解于乙醇中形成磷浓度为4.0mol/L的磷先驱体溶液，再将此溶液回流24小时。以六氟磷酸作为含氟化合物，将钙和磷先驱体溶液以及六氟磷酸按Ca∶P∶F的摩尔比为1000∶600∶1混合，混合液回流12小时所得溶胶作为涂膜液。将医用移植体在涂膜液中浸渍，以8cm/min的速度替拉出来同时以60rpm的转速自转，采用氧炔焰热处理移植体表面30min，获得均匀稳定的钙磷酸盐涂层。
实施例8将Ca(NO3)2·6H2O溶解于乙醇中形成浓度为2mol/L的钙先驱体溶液。将Zn(NO3)2·4H2O溶解于乙醇形成浓度为0.005mol/L的醇溶液。将P2O5溶解于乙醇中形成磷浓度为2.0mol/L的磷先驱体溶液，再将此溶液回流24小时。以Zn/(Zn+Ca)的摩尔比为0.005，Ca∶P＝5∶3混合，混合液回流12小时所得溶胶作为涂膜液。将医用移植体在涂膜液中浸渍，以8cm/min的速度替拉出来同时以80rpm的转速自转，采用氢火焰热处理移植体表面30min，获得均匀稳定的钙磷酸盐涂层。
实施例9将Ca(NO3)2·6H2O溶解于乙醇中形成浓度为2mol/L的钙先驱体溶液。将Zn(NO3)2·4H2O溶解于乙醇形成浓度为0.005mol/L的醇溶液。将P2O5溶解于乙醇中形成磷浓度为2.0mol/L的磷先驱体溶液，再将此溶液回流24小时。以单氟磷酸作为含氟化合物，以Zn/(Zn+Ca)的摩尔比为0.001，Ca∶P∶F＝5∶3∶1混合，混合液回流12小时所得溶胶作为涂膜液。将医用移植体在涂膜液中浸渍，以8cm/min的速度替拉出来同时以300rpm的转速自转，采用氢火焰热处理移植体表面40min，获得均匀稳定的钙磷酸盐涂层。
权利要求
1.用火焰热处理在医用移植体上制备钙磷酸盐涂层的方法，其特征是包括以下步骤1)将钙化合物溶解于液态醇中形成浓度为1～4mol/L的钙先驱体；将可溶于液态醇的金属离子化合物溶解于醇中形成浓度为0.005mol/L～0.1mol/L的金属离子先驱体；将磷酸酯或部分酯化的磷酸溶解于液态醇中配成浓度为1.0～4.0mol/L的磷先驱体；2)将钙先驱体、金属离子先驱体、磷先驱体以及含氟化合物按预先设定的M/(M+Ca)摩尔比例和Ca∶P∶F摩尔比例混合，并搅拌此混合液，其中M/(M+Ca)的摩尔比为0～0.05，F/Ca的摩尔比为0～0.2，Ca/P的摩尔比为1.67，M表示Zn，Sr，Mg，La，Eu，Er，Mn，Si，Zr，Na或K离子；3)将上述混合液回流12～24小时后形成溶胶液A；4)将磷酸钙粉末加入上述溶胶液A中，磷酸钙粉末中所含的钙与溶胶液中所含的钙的摩尔比为0.05～2，搅拌后超声波处理形成乳浊液B；5)用浸渍提拉法、旋涂法、浸渍提拉结合离心法或溶液热喷涂法将步骤4)所得的乳浊液B涂覆在医用移植体表面，形成凝胶膜；6)在医用移植体自转的条件下，用温度为700～1200℃的火焰对凝胶膜进行热处理15～60min，形成钙磷酸盐涂层。
2.根据权利要求1所述的用火焰热处理在医用移植体上制备钙磷酸盐涂层的方法，其特征在于所说的钙化合物是硝酸钙或醋酸钙；所说的金属离子化合物是锌，锶，镁，镧，铕，铒，锰，硅，锆，钠或钾金属离子硝酸盐中的一种或几种；所说的氟化物是六氟磷酸、单氟磷酸或氟化铵；所说液态醇是甲醇、乙醇或丙醇；所说的磷酸钙粉末是β-磷酸三钙、α-磷酸三钙、α/β-磷酸三钙或无定形磷酸钙粉末中的一种或几种；
3.根据权利要求1所述的用火焰热处理在医用移植体上制备钙磷酸盐涂层的方法，其特征在于所说的磷酸酯是磷酸三丁酯或磷酸三乙酯；所说的部分酯化的磷酸是将五氧化二磷溶解于液态醇中形成磷浓度为1.0～4.0mol/L溶液，再将此溶液回流24小时制成，其分子式为PO(OH)x(OR)3-x，式中R为醇基，X等于1或2。
4.根据权利要求1所述的用火焰热处理在医用移植体上制备钙磷酸盐涂层的方法，其特征在于所说的医用移植体是骨钉、牙根或关节；医用移植体自转的速度为30rpm～300rpm。
5.根据权利要求1所述的用火焰热处理在医用移植体上制备钙磷酸盐涂层的方法，其特征在于所说的火焰是氧炔焰，乙醇焰或氢火焰；火焰热处理后的钙磷酸盐涂层厚度在200nm～50μm之间。
6.用火焰热处理在医用移植体上制备钙磷酸盐涂层的方法，其特征是包括以下步骤1)将钙化合物溶解于液态醇中形成浓度为1～4mol/L的钙先驱体；将可溶于液态醇的金属离子化合物溶解于醇中形成浓度为0.005mol/L～0.1mol/L的金属离子先驱体；将磷酸酯或部分酯化的磷酸溶解于液态醇中配成浓度为1.0～4.0mol/L的磷先驱体；2)将钙先驱体、金属离子先驱体、磷先驱体以及含氟化合物按预先设定的M/(M+Ca)摩尔比例和Ca∶P∶F摩尔比例混合，并搅拌此混合液，其中M/(M+Ca)的摩尔比为0～0.05，F/Ca的摩尔比为0～0.2，Ca/P的摩尔比为1.67，M表示Zn，Sr，Mg，La，Eu，Er，Mn，Si，Zr，Na或K离子；3)将上述混合液回流12～24小时后形成溶胶液；4)用浸渍提拉法、旋涂法、浸渍提拉结合离心法或溶液热喷涂法将所得的溶胶液涂覆在医用移植体表面，形成凝胶膜；5)在医用移植体自转的条件下，用温度为700～1200℃的火焰对凝胶膜进行热处理15～60min，形成钙磷酸盐涂层。
7.根据权利要求6所述的用火焰热处理在医用移植体上制备钙磷酸盐涂层的方法，其特征在于所说的钙化合物是硝酸钙或醋酸钙；所说的金属离子化合物是锌，锶，镁，镧，铕，铒，锰，硅，锆，钠或钾金属离子硝酸盐中的一种或几种；所说的氟化物是六氟磷酸、单氟磷酸或氟化铵；所说液态醇是甲醇、乙醇或丙醇；所说的磷酸钙粉末是β-磷酸三钙、α-磷酸三钙、α/β-磷酸三钙或无定形磷酸钙粉末中的一种或几种；
8.根据权利要求6所述的用火焰热处理在医用移植体上制备钙磷酸盐涂层的方法，其特征在于所说的磷酸酯是磷酸三丁酯或磷酸三乙酯；所说的部分酯化的磷酸是将五氧化二磷溶解于液态醇中形成磷浓度为1.0～4.0mol/L溶液，再将此溶液回流24小时制成，其分子式为PO(OH)x(OR)3-x，式中R为醇基，X等于1或2。
9.根据权利要求6所述的用火焰热处理在医用移植体上制备钙磷酸盐涂层的方法，其特征在于所说的医用移植体是骨钉、牙根或关节；医用移植体自转的速度为30rpm～300rpm。
10.根据权利要求6所述的用火焰热处理在医用移植体上制备钙磷酸盐涂层的方法，其特征在于所说的火焰是氧炔焰，乙醇焰或氢火焰；火焰热处理后的钙磷酸盐涂层厚度在200nm～50μm之间。
全文摘要
本发明公开了采用火焰法热处理在在医用移植体上制备钙磷酸盐涂层的方法。该方法以钙先驱体、金属离子先驱体、磷先驱体以及含氟化合物和磷酸钙粉末为原料，制得钙磷酸盐凝胶膜并涂覆在医用移植体表面，在医用移植体自转的条件下，用温度为700～1200℃的火焰对凝胶膜进行热处理，最终在医用移植体表面得到钙磷酸盐生物活性涂层。本发明制备方法简单，成本低。可在形状复杂的移植物表面获得均匀稳定，结合强度好的，抗溶解性能好的钙磷酸盐涂层。
文档编号A61F2/30GK1775309SQ200510060930
公开日2006年5月24日 申请日期2005年9月28日 优先权日2005年9月28日
发明者翁文剑, 苗顺东, 程逵, 宋晨路, 杜丕一, 沈鸽, 赵高凌, 张溪文, 徐刚, 汪建勋, 韩高荣 申请人:浙江大学