一种医疗内置骨骼用的真空等离子喷涂涂层及制备方法

技术领域

本发明涉及生物医用材料领域，具体是一种医疗内置骨骼用的真空等离子喷涂涂层及制备方法。

背景技术

随着患有骨与关节疾病和损伤的病人数呈逐年上升的趋势，对骨科植入物的需求也越来越大。

在临床上，现有植入物的促骨形成性能仍不能令人满意，而且植入物颗粒(如钛或陶瓷颗粒)被体内巨噬细胞吞噬后，会促进巨噬细胞向M1型极化，引起一系列炎性介质的释放影响成骨细胞骨形成和促进破骨细胞骨吸收，继而影响植入物的稳定性，且现有的一些涂层的制备方法相对较为复杂，反应难以平稳进行，同时也会到来环境污染问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种医疗内置骨骼用的真空等离子喷涂涂层及制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种医疗内置骨骼用的真空等离子喷涂涂层，其原料按重量份包括以下成分：

铝5.50-6.75份、钒3.50-4.50份、氧0.05-0.20份、铁0.05-0.30份、碳0.01-0.08份、氢0.005-0.015份、氮0.01-0.05份、铜0.05-0.10份、锡0.05-0.10份、钛0.20-0.40份。

作为本发明进一步的方案：其原料按重量份包括以下成分：

铝5.75-6.50份、钒3.75-4.20份、氧0.07-0.15份、铁0.10-0.22份、碳0.03-0.06份、氢0.007-0.012份、氮0.02-0.04份、铜0.06-0.08份、锡0.06-0.08份、钛0.25-0.35份。

作为本发明再进一步的方案：其原料按重量份包括以下成分：

铝6.00份、钒4.00份、氧0.10份、铁0.16份、碳0.05份、氢0.010份、氮0.03份、铜0.07份、锡0.07份、钛0.30份。

一种所述医疗内置骨骼用的真空等离子喷涂涂层的制备方法，包括如下步骤：

步骤一，骨科材料表面预处理；

步骤二，将预处理后的骨科材料浸泡于媒介溶液中，使得媒介吸附于骨科材料表面，然后用去离子水冲洗，去除表面多余的媒介溶液；

步骤三，将步骤二中清洗后的骨科材料浸泡于骨形态发生蛋白2活性肽溶液中，使得骨形态发生蛋白2活性肽通过点击化学与媒介相连接并负载于骨科材料上；

步骤四，用去离子水将材料表面冲洗干净；

步骤五，烘干，制得骨科材料表面涂层。

作为本发明再进一步的方案：所述媒介溶液的浓度为0.025-0.12mg/m l。

作为本发明再进一步的方案：所述骨形态发生蛋白2活性肽溶液的浓度为0.3-1.2mg/m l。

作为本发明再进一步的方案：所述步骤二与所述步骤三中的浸泡时间分别为15-28h、20-36h。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明设计新颖，通过以上成分制备的骨骼涂层，应用于实际，能够有效地增强骨骼支架的硬度及耐磨性，以及促进与其相连的骨组织的生长及伤口的愈合，本发明的制备步骤简单易行，无需大型设备，反应平稳，不污染环境。通过实验结果得出，本发明制备方法制得的材料表面涂层与传统的材料表面改性方法相比，具有促进成骨和免疫调节的功能，为骨科材料能进一步应用于创伤和组织工程支架等领域提供了新的途径。

附图说明

图1为医疗内置骨骼用的真空等离子喷涂涂层一种实施例的结构示意图。

图2为医疗内置骨骼用的真空等离子喷涂涂层一种实施例另一角度的结构示意图。

图3为医疗内置骨骼用的真空等离子喷涂涂层一种实施例又一角度的结构示意图。

图4为图1中A处的结构放大图。

图5为图3中B处的结构放大图。

图6为医疗内置骨骼用的真空等离子喷涂涂层一种实施例中紧固结构的结构示意图。

图7为医疗内置骨骼用的真空等离子喷涂涂层一种实施例中单向触发机构与滑动套合机构的连接状态示意图。

图中：1、底座；2、竖板；3、装配板；4、气缸；5、喷嘴；6、视觉传感器；7、横板；8、双向丝杆；9、导向杆；10、夹持件；11、第一锥齿轮组；12、旋钮；13、联板；14、转轴；15、套管；16、条形凸起；17、条形凹槽；18、驱动电机；19、单向丝杆；20、横杆；21、横移板；22、长条板；23、棘轮；24、第二锥齿轮组；25、传动带；26、板件；27、柱体；28、滑块；2801、滑轮；29、凸台；30、柱形弹簧；31、限位环；3101、凹陷部。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

另外，本发明中的元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

作为本发明的一种实施例，一种医疗内置骨骼用的真空等离子喷涂涂层，其原料按重量份包括以下成分：

铝5.50份、钒3.50份、氧0.05份、铁0.05份、碳0.01份、氢0.005份、氮0.01份、铜0.05份、锡0.05份、钛0.20份。

作为本发明的另一种实施例，一种医疗内置骨骼用的真空等离子喷涂涂层，其原料按重量份包括以下成分：

铝5.75份、钒3.75份、氧0.07份、铁0.10份、碳0.03份、氢0.007份、氮0.02份、铜0.06份、锡0.06份、钛0.25份。

作为本发明的再一种实施例，一种医疗内置骨骼用的真空等离子喷涂涂层，其原料按重量份包括以下成分：

铝6.00份、钒4.00份、氧0.10份、铁0.16份、碳0.05份、氢0.010份、氮0.03份、铜0.07份、锡0.07份、钛0.30份。

作为本发明的又一种实施例，一种医疗内置骨骼用的真空等离子喷涂涂层，其原料按重量份包括以下成分：

铝6.50份、钒4.20份、氧0.15份、铁0.22份、碳0.06份、氢0.012份、氮0.04份、铜0.08份、锡0.08份、钛0.35份。

作为本发明的又一种实施例，一种医疗内置骨骼用的真空等离子喷涂涂层，其原料按重量份包括以下成分：

铝6.75份、钒4.50份、氧0.20份、铁0.30份、碳0.08份、氢0.015份、氮0.05份、铜0.10份、锡0.10份、钛0.40份。

其中，需要说明的是，针对该医疗内置骨骼用的真空等离子喷涂涂层的形貌而言，涂层厚度规范值为500-1000μm，孔隙率规范值为30-70％，平均空隙截距规范值为100-1000μm，此外，粗糙度≥Ra17.8，拉伸强度(力学性能)为22MPa。

以上数据检测方法分别为：

涂层表面形貌-ASTM F 1854、粗糙度-GB/T 10610、力学性能-ASTM F1147。

通过以上成分制备的骨骼涂层，应用于实际，能够有效地增强骨骼支架的硬度及耐磨性，以及促进与其相连的骨组织的生长及伤口的愈合。

作为本发明的又一种实施例，还提出了所述医疗内置骨骼用的真空等离子喷涂涂层的制备方法，包括以下步骤：

步骤一，骨科材料表面预处理；

步骤二，将预处理后的骨科材料浸泡于媒介溶液中，使得媒介吸附于骨科材料表面，然后用去离子水冲洗，去除表面多余的媒介溶液；

步骤三，将步骤二中清洗后的骨科材料浸泡于骨形态发生蛋白2活性肽溶液中，使得骨形态发生蛋白2活性肽通过点击化学与媒介相连接并负载于骨科材料上；

步骤四，用去离子水将材料表面冲洗干净；

步骤五，烘干，制得骨科材料表面涂层。

所述媒介溶液的浓度为0.025-0.12mg/m l。

所述骨形态发生蛋白2活性肽溶液的浓度为0.3-1.2mg/m l。

所述步骤二与所述步骤三中的浸泡时间分别为15-28h、20-36h。

综上，本发明的制备步骤简单易行，无需大型设备，反应平稳，不污染环境。通过实验结果得出，本发明制备方法制得的材料表面涂层与传统的材料表面改性方法相比，具有促进成骨和免疫调节的功能，为骨科材料能进一步应用于创伤和组织工程支架等领域提供了新的途径。

需要补充说明的是，在对医疗内置骨骼进行涂层喷涂时，可采用专门的自动喷涂设备来执行，请参阅图1-7，所述自动喷涂设备包括底座1以及通过气动升降机构活动设于所述底座1上的喷嘴5，所述喷嘴5连接有外设泵送设备，用于将涂层喷涂于医疗内置骨骼的表面，此外，在所述底座1上还活动设有视觉传感器6，所述视觉传感器6与所述外设泵送设备建立通讯，当所述视觉传感器6感知到医疗内置骨骼从所述喷嘴5的下方经过时，则会向所述外设泵送设备发送一个控制信号，以使所述喷嘴5开始向医疗内置骨骼喷涂涂层，实现自动化智能控制；

具体地来说，所述气动升降机构包括固定安装在所述底座1上且内部中空的竖板2、滑动设于所述竖板2中的装配板3以及安装于所述底座1上的气缸4，所述气缸4的活动端与所述装配板3固定，所述喷嘴5与所述视觉传感器6安装在所述装配板3上；

其中，在实际的使用中，所述气缸4还可使用电动伸缩杆或液压缸来进行替换，对此，本申请不做具体限定，可根据实际的需求进行选择，只需满足驱动需求即可。

所述自动喷涂设备还包括：

横板7，活动设于所述底座1上，所述横板7上设有用于对医疗内置骨骼进行夹持固定的紧固结构，且所述横板7与安装于所述底座1上的滑动套合机构连接，所述滑动套合机构连接有安装在所述底座1上的螺纹驱动机构，还连接有一组弹性限位机构，所述螺纹驱动机构能够驱使所述横板7带动医疗内置骨骼沿所述底座1的长度方向活动，以使所述喷嘴5对医疗内置骨骼的喷涂位置改变；

单向触发机构，安装于所述底座1上，且连接所述螺纹驱动机构与所述滑动套合机构，所述单向触发机构在所述横板7朝向一侧运动的前一段行程中触发，且能够带动所述滑动套合机构驱使所述横板7转动，以使所述横板7上的医疗内置骨骼翻转。

在实际的使用中，通过所述紧固结构将待喷涂处理的医疗内置骨骼固定于所述横板7上，随后，所述螺纹驱动机构正向工作，驱使所述滑动套合机构带动所述横板7沿所述底座1的长度运动，此运动的前一段行程中，所述单向触发机构发生运动，且能够通过所述滑动套合机构带动所述横板7转动，使得所述横板7上的医疗内置骨骼翻转半周，当所述视觉传感器6检测到医疗内置骨骼经过所述喷嘴5下方时，喷嘴5开始对医疗内置骨骼表面进行涂层的喷涂；

待医疗内置骨骼的一面完成喷涂后，所述螺纹驱动机构反向工作，使得所述横板7返回移动复位，此过程中，所述单向触发机构不发生运动，医疗内置骨骼上完成喷涂的一面朝上；

后续，所述螺纹驱动机构再次正向工作，前一段行程中，医疗内置骨骼还未进行喷涂处理的一面则翻转朝上，最终完成另一面的喷涂处理；

综上，通过各个机构及部件之间的相互配合，实现了对医疗内置骨骼有效的涂层喷涂功能，且设备通过机械结构实现自动化喷涂，相较于人工手持工具完成，均匀性以及准确性有着显著提升，适于推广使用。

针对各个机构与结构，作以下详细介绍：

所述紧固结构包括转动安装在所述横板7上的双向丝杆8、对称设于所述双向丝杆8上的两个夹持件10以及固定安装在所述横板7上且与所述双向丝杆8相平行的导向杆9；

其中，所述导向杆9贯穿两个所述夹持件10，且两个所述夹持件10与所述导向杆9滑动连接，与所述双向丝杆8螺纹连接，此外，在所述横板7的一侧还转动安装有一个旋钮12，所述旋钮12的转动轴通过第一锥齿轮组11与所述双向丝杆8连接；

展开来讲，所述第一锥齿轮组11包括固定安装在所述旋钮12转动轴上的一号锥齿轮以及固定安装在所述双向丝杆8上的二号锥齿轮，所述二号锥齿轮与所述一号锥齿轮啮合。

在对医疗内置骨骼进行处理之前，工作人员可将待处理的医疗内置骨骼置于两个所述夹持件10之间，随后，正向转动所述旋钮12，于是，所述旋钮12的转动轴则会通过所述第一锥齿轮组11带动所述双向丝杆8转动，所述导向杆9对两个所述夹持件10进行导向，使得两个夹持件10同时与所述双向丝杆8进行螺纹配合而相互靠近移动，直至医疗内置骨骼被稳定夹持固定于两个所述夹持件10之间，确保后续喷涂处理的顺利进行。

所述螺纹驱动机构包括转动安装在所述底座1上的单向丝杆19、固定于所述底座1上的横杆20以及设于所述单向丝杆19与所述横杆20上的横移板21，所述横移板21与所述单向丝杆19螺纹连接，与所述横杆20滑动连接；

其中，所述底座1上还安装有驱动电机18，所述单向丝杆19的一端与所述驱动电机18的输出端连接，由于在实际加工时，所述横板7需要在所述底座1上进行双向移动，因此，所述驱动电机18应当选用输出端可双向驱动的伺服电机，对于其具体地型号而言，本申请不做具体限定。

所述横移板21上还固定安装有一个联板13，所述联板13与所述滑动套合机构连接。

所述滑动套合机构包括转动安装在所述联板13上的套管15以及转动安装在所述底座1上的转轴14，所述转轴14与所述套管15通过限位结构滑动套合，且所述套管15的一端与所述横板7固定连接，所述转轴14远离所述横板7的一端连接所述弹性限位机构，所述转轴14与所述单向触发机构连接。

所述限位结构包括形成于所述转轴14外壁上的两个条形凸起16以及设于所述套管15内壁上的两个条形凹槽17，且所述条形凹槽17与所述条形凸起16适配，二者与所述转轴14的中心轴线相平行。

当所述驱动电机18驱动所述单向丝杆19正向转动时，所述横杆20便会对所述横移板21进行导向，使得所述横移板21与所述单向丝杆19进行螺纹配合而远离所述驱动电机18移动，相应地，所述联板13则带动所述套管15在所述转轴14上滑动，此运动过程的前一段行程中，所述单向触发机构发生运动，并会带动所述转轴14发生转动，于是，所述转轴14则会通过所述条形凸起16与所述条形凹槽17带动所述套管15转动，所述套管15则带动所述横板7转动半周，实现医疗内置骨骼的自动翻面功能。

所述单向触发机构包括固定于所述联板13侧部的长条板22以及转动安装在所述底座1上的棘轮23，所述棘轮23的转动轴通过第二锥齿轮组24以及传动带25与所述转轴14连接；

其中，所述长条板22的底部沿长度方向等距设有多个倾斜槽，且每个所述倾斜槽内均铰接有一个与所述棘轮23配合的棘爪，所述第二锥齿轮组24包括与所述棘轮23同轴固定安装的三号锥齿轮以及转动安装在所述底座1上的四号锥齿轮，所述四号锥齿轮与所述三号锥齿轮啮合，所述传动带25则用于连接所述四号锥齿轮的转动轴与所述转轴14。；

所述横移板21在远离所述驱动电机18移动的前一段行程中，所述长条板22底部的棘爪将会依次经过所述棘轮23，此时，棘爪将无法在所述倾斜槽内发生翻转，进而，导致所述棘轮23发生转动，于是，所述棘轮23的转动轴便会通过第二锥齿轮组24和传动带25带动所述转轴14转动半周，以使固定于所述横板7上的医疗内置骨骼进行翻面；

相反的，所述横移板21在朝向所述驱动电机18运动的后一段行程中，所述长条板22底部的棘爪经过所述棘轮23时，将会在所述倾斜槽内发生翻转，于是，所述棘轮23不发生转动，医疗内置骨骼完成处理的一面保持朝上。

所述弹性限位机构包括固定安装在所述转轴14远离所述横板7一端的板件26、固定于所述板件26上的柱体27、滑动设于所述柱体27上的滑块28以及套设于所述柱体27外周的柱形弹簧30，所述柱形弹簧30的一端连接所述滑块28，另一端与固定于所述柱体27端部的凸台29连接；

其中，所述滑块28上还设有滑轮2801，所述底座1上固定安装有一个限位环31，所述限位环31与所述转轴14二者的中心轴线重合，且所述限位环31的内壁上相对设置有两个凹陷部3101，所述凹陷部3101与所述滑轮2801适配。

每当所述转轴14开始发生转动时，即固定于所述横板7上的医疗内置骨骼开始翻面时，所述转轴14带动所述板件26转动，所述滑轮2801从而所述凹陷部3101内脱离，待医疗内置骨骼翻面完毕后，即所述转轴14完成半周的转动后，所述滑轮2801转移至另一个凹陷部3101内，所述柱形弹簧30处于压缩状态，且弹性势能较大，从而，在喷涂过程中，所述棘爪与棘轮23处于脱离状态时，所述柱形弹簧30的设置，可对所述横板7的角度起到保持作用，避免所述横板7上的医疗内置骨骼发生偏移，导致涂层喷涂不均的问题。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。