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表面改性提高医用钛合金生物活性专利分析

发布于:2018-12-05 18:51 编辑:志峰钛业 浏览:

  摘 要专利技术分析角度去了解医用钛合金领域的现状及专利布局,深入地认清世界范围内该领域发展现状,从中寻找我国在该领域的差距和优势,对国内医用合金生产企业提供技术升级的参考和风险措施的应对,提高我国医用钛合金产业的国际竞争力,从需求大国迈向技术强国具有极其重要的参考作用。

  关键词 医用钛合金;生物活性;专利分析

  近几年来,钛合金以其良好的生物相容性、与骨组织相近的弹性模量及在生物环境下优良的抗腐蚀性,在临床得到了广泛的应用。然而,医用钛合金与骨的结合是一种机械锁合,植入人体后将长期与组织、细胞或血液直接接触,它们之间的相互作用将产生各种不同的反应,使各自的功能和性质受到影响,有可能在生物体内发生毒性、炎症、血栓等反应。因此,材料的生物活性优劣是医用钛合金材料研究设计中首先考虑的重要问题。

  从专利申请数量来看,申请量总体呈现起伏式递增趋势,2000年之前的申请量较少,2000年到2011年申请量较2000年前有了较大的增长,这与近十年来生物材料及制品的市场增长率一直保持在30%左右是相吻合的。2008-2009年金融危机带来的经济萧条并未导致各企业对知识产权重视度的下降,相反申请量的增加证明了各实业集团对知识产权重视程度的提高。由图2可看出,排名前四的申请人所属国家依次为美国、日本、中国、瑞典。美国的申请人量较其它三个国家有较大的差距,可见美国对该领域具有极大的重视程度。中国申请人数量与位于第二位的日本相差很小,说明医用钛合金生物活性研究在中国已经受到比较广泛的重视,进入发展通道。

  2.提高生物活性的钛合金表面改性

  2.1钛合金表面形貌的改变

  表面形貌改变的方法通常有机械方法和化学蚀刻法。机械方法即采用喷砂、液体射流、离子束轰击等方式对材料表面进行粗糙、多孔化处理。US5236459A公开使用高压液体射流从植入物表面除去一部分金属,从而形成具有“锚定区”的植入物表面的方法,其中“锚定区”的直径可在0.5mm~1.5mm之间变化,该“锚定区”为骨组织提供了良好生长的环境。化学蚀刻法即将植入体合金在一定条件下与通常为酸的蚀刻溶液接触移除部分从而得到粗糙表面的技术。EP10159872A公开将Ti6Al4V合金与质子浓度至少0.8N、氯离子浓度至少1N的蚀刻溶液接触一定时间,溶液温度20至100℃,由此可形成多个独立地具有约200nm~10μm的直径的表面特征。

  2.2表面涂层技术

  表面涂层的方法有很多,主要包括等离子喷涂,激光熔覆、电泳沉积法,离子束溅射法、微弧氧化法等。目前研究较多的表面涂层种类是,羟基磷灰石涂层、二氧化钛涂层、磷酸钙涂层、钛酸盐涂层。

  羟基磷灰石分子式为Ca10(PO4)6(OH)2。其与人体骨中骨磷灰石的晶体结构相似,含有人体组织所必需的钙和磷元素,且不含有其他有害元素,植入体内后,在体液的作用下,钙和磷会游离出材料表面,被机体组织吸收,并能与人体骨骼组织形成化学键结合,长出新的组织。US2003099762 A1公开一种植入物涂层,包括:位于植入物上的第一层,具有第一热膨胀系数,包括一种选自氧化物、氮化物、硼化物、碳化物和两种或多种物质混合物的材料;和位于第一层上的第二层,具有第二热膨胀系数,包括一种结晶度大于约90%的磷灰石和一种在体液中是惰性的粘合剂;其中该第一和第二热膨胀系数之差小于或等于约1×10-6/℃。磷灰石选自羟磷灰石,氟磷灰石,羟氟磷灰石,和两种或多种磷灰石的组合。第一层起到第二层和金属基片之间反应障的作用,第二层为植入物表面上骨的加速生长提供生物活性。EP2316499A1公开在具有粗糙表面的待植入物区域,通过热喷涂方法使该粗糙区域具有包含羟基磷灰石的陶瓷涂层;银的杀生物离子吸收在该陶瓷涂层中,并在植入后逐渐浸出到体液中。羟基磷灰石提高了骨头重新长入到该植入物中的能力,同时该银离子抑制了感染。

  二氧化钛涂层具有化学性质稳定、耐腐蚀和血液相容性好等特点。CN102100926A公开以经表面活性剂改性的单分散聚苯乙烯球为模板,无机钛盐水溶液为前驱液,制成处理溶液;以纯钛或者钛合金作为基体,将纯钛或者钛合金浸没于处理溶液中,保持处理溶液温度在60℃~120℃、24h~50h,其中至少0.25h~2h同时以紫外光照射并且所述的基体在60℃~100℃的处理溶液中浸泡;将浸泡后的基体取出,浸入能溶解聚苯乙烯的有机溶剂中浸泡去除聚苯乙烯后,再在去离子水中浸泡晶化,完成薄膜的沉积。该发明以单分散聚苯乙烯球为模板,廉价无机钛盐为原料,在低温下通过水解-溶胶法制备了自组装纳米晶二氧化钛微胶囊生物薄膜,薄膜该良好的生物活性。