專(zhuān)利名稱(chēng)：制造具有改良表面性質(zhì)的植入物的方法及使用該方法制得的植入物的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于一種制造植入物的方法及一種使用所述方法制得的植入物，尤其是 關(guān)于一種制造具有改良表面性質(zhì)的植入物的方法及一種使用所述方法制得的植入物。
背景技術(shù)：
植入物一般表示回復(fù)失去的人體組織的取代物，以及代表牙醫(yī)學(xué)中人造牙齒的移 植。亦即，植入物是用于人顎骨中半永久性的人工牙齒的牙移植。于一般人工替代物或假 牙的情形中，周?chē)例X及骨頭隨著時(shí)間推移而損壞。然而，植入物不會(huì)破壞周?chē)例X組織， 且于牙齒中不會(huì)造成衰退(decay)，卻具有與天然牙齒相似的功能及外觀，故可半永久性地 使用植入物。于牙醫(yī)學(xué)及整形外科領(lǐng)域中，主要用作植入物材料的鈦及鈦合金一般不直接與骨 組織聯(lián)鎖(interlock)，蓋因其具有生物惰性性質(zhì)。因此，進(jìn)行例如以具有生物活性性質(zhì)的 材料涂覆于一金屬植入物表面上的表面處理，以賦予植入物生物活性而增加臨床成功率。

發(fā)明內(nèi)容
[技術(shù)問(wèn)題]本發(fā)明提供一種制造具有改良表面性質(zhì)的植入物的方法，所述植入物與骨組織間 具有優(yōu)異的聯(lián)鎖性，且加速骨組織的形成。本發(fā)明亦提供一種使用上述方法制得的具有改良表面性質(zhì)的植入物。[有利效果]根據(jù)本發(fā)明制造的植入物具有微米單位(micro unit)的微細(xì)粗糙度的表面性質(zhì)， 其對(duì)于在生物體內(nèi)與骨組織間的微機(jī)械聯(lián)鎖是必要的，且所述植入物包括一與加速骨組織 形成的離子鍵結(jié)的氧化物薄膜層。因此，達(dá)成優(yōu)異的生物兼容性及有效的骨組織反應(yīng)，以造 成較傳統(tǒng)植入物改良的骨融合，以及提供相當(dāng)優(yōu)異的機(jī)械物理特性。


圖1為顯示制造根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施態(tài)樣的植入物的方法的流程圖。圖2及圖3為關(guān)于本發(fā)明的實(shí)驗(yàn)實(shí)施例的樣本的掃描電子顯微鏡(SEM)照片。圖4為關(guān)于本發(fā)明的比較例的樣本的掃描電子顯微鏡照片。圖5至圖7為描繪分析關(guān)于實(shí)驗(yàn)實(shí)施例及比較例的樣本的X-射線(xiàn)繞射結(jié)果的圖。圖8及圖9為關(guān)于將由實(shí)驗(yàn)實(shí)施例所制得的樣本沉浸至模擬體液(漢克溶液 (Hank’ s solution))中達(dá)4周后的樣本的表面的掃描電子顯微鏡照片。
具體實(shí)施例方式根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施態(tài)樣，提供一種制造具有改良表面性質(zhì)的植入物的方法，包括將一包括鈦或鈦合金的基材沉浸至包括由磷酸離子或氟離子及鍶離子組成的群組的 至少一者的電解溶液中；以及形成一表面結(jié)構(gòu)具有微米單位的微細(xì)粗糙度的氧化物薄膜 層，是通過(guò)在所述經(jīng)沉浸的基材的表面上，利用與溫度、壓力及時(shí)間條件相關(guān)的水熱反應(yīng) (hydrothermal reaction)，使磷酸離子或氟離子及鍶離子的至少一者與所述基材的鈦或 鈦合金反應(yīng)而形成。使用濃度為0. 1重量％或更高的磷酸溶液制備包括磷酸離子的電解溶液。此外， 使用濃度為0.01重量％或更高的氟化氫溶液制備包括氟離子的電解溶液。使用濃度為 0. 001摩爾/公升或更高的鍶水溶液制備包括鍶離子的電解溶液。再者，電解溶液可包括礦化劑。礦化劑包括氫氧化鈉及氫氧化鉀的至少一者，且礦 化劑的濃度為0. 1至1摩爾/公升。電解溶液可還包括鈣離子及鎂離子的至少一者。此外，舉例言之，使用各別的濃度 為0. 001摩爾/公升或更高的鈣溶液及鎂溶液制備包括鈣離子及鎂離子的電解溶液。此外，于1至20大氣壓的壓力及100至250°C的溫度下進(jìn)行水熱反應(yīng)達(dá)1小時(shí)或 更久。再者，所述方法可還包括在形成氧化物薄膜層之后，進(jìn)行熱處理，且所述熱處理是 在300至500°C的溫度下進(jìn)行1小時(shí)或更久。在沉浸之前，進(jìn)行拋光基材之后，可進(jìn)行噴沙(sandblasting)、蝕刻、清潔、干燥及 保存的至少一者的預(yù)處理。再者，進(jìn)行形成氧化物薄膜層之后，可進(jìn)行清洗及干燥。于此，氧化物薄膜層的表面粗糙度(Ra)值為1至5微米。根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施態(tài)樣，提供一種具有改良表面性質(zhì)的植入物，其包括一包 括鈦或鈦合金的基材。亦提供一種作為所述植入物的一部分的氧化物薄膜層，其表面結(jié) 構(gòu)具有微米單位的微細(xì)粗糙度，且在所述基材的表面上包括由磷酸鈦、鍶鈦(strontium titanium)及磷酸鍶鈦組成的群組的至少一者。此外，氧化物薄膜層包括鈣離子及鎂離子的至少一者。再者，氧化物薄膜層的表面粗糙度(Ra)值可為1至5微米。根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施態(tài)樣，提供一種具有改良表面性質(zhì)的植入物，其包括一包 括鈦或鈦合金的基材，以及一表面結(jié)構(gòu)具有微米單位的粗糙度的氧化物薄膜層，且在所述 基材的表面上包括氟化鈦、鍶鈦及氧氟化鍶鈦(strontium titanium fluorideoxide)的至 少一者。氧化物薄膜層還包括鈣離子及鎂離子的至少一者。此外，氧化物薄膜層的表面粗糙度(Ra)值可為1至5微米。[發(fā)明模式]于詳細(xì)敘述及隨附附圖中詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施態(tài)樣。將參照實(shí)施態(tài)樣闡明本發(fā) 明的優(yōu)點(diǎn)及特色，以及施行本發(fā)明的方法，將參照隨附附圖更完整地描述這些實(shí)施態(tài)樣。然 而，本發(fā)明可以許多其它形式來(lái)體現(xiàn)，而不應(yīng)解釋為由所提出的實(shí)施態(tài)樣所限制，而是提供 這些實(shí)施態(tài)樣以使此揭露徹底且完整，且向本領(lǐng)域的技術(shù)人員完整地傳達(dá)本發(fā)明的概念。 本發(fā)明僅由權(quán)利要求書(shū)中所記載的定義來(lái)界定。將參照?qǐng)D1描述根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施態(tài)樣的制造具有改良表面性質(zhì)的植入物的方法。參照?qǐng)D1，將一基材沉浸至包括磷酸離子及鍶離子的至少一者的電解溶液中 (S1)。本發(fā)明中使用的基材可包括純鈦，或由經(jīng)添加另一金屬(即，至少一種選自由鋁 (A1)、鉭(Ta)、鈮(Nb)、釩(V)、鋯(Zr)、錫(Sn)及鉬(Mo)組成的群組的金屬)的鈦所獲得 的鈦合金。特定言之，所述基材可由純鈦或一種選自以下群組的材料所形成 Ti-6A1-4V、Ti-6Al-7Nb、Ti_30Nb、Ti_13Nb_13zr、Ti_15Mo、Ti-35. 3Nb_5. lTa-7. lZr、 Ti-29Nb-13Ta-4. 6Zr、Ti-29Nb-13Ta_2Sn，Ti_29Nb-13Ta_4. 6Sn、Ti-29Nb-13Ta_6Sn、或 Ti-16Nb-13Ta-4Mo。由鈦或鈦合金所形成的基材可選擇性地進(jìn)行預(yù)處理。舉例言之，基材的表面可進(jìn) 行裁切、裁切后的蝕刻或噴沙、以及裁切、蝕刻或噴沙后的清潔及干燥。將上述基材沉浸于電解溶液中。電解溶液為供應(yīng)磷酸離子及鍶離子的至少一者的 供應(yīng)來(lái)源。于此，磷酸離子扮演加速已知與骨化作用密切相關(guān)的磷灰石( apatite)的形成 的角色，而鍶離子加速造骨細(xì)胞(osteoblast)的增生及分化。舉例言之，所述磷酸離子可由磷酸(H3P04)溶液供應(yīng)，而鍶離子可由氧化鍶(SrO)、 氫氧化鍶(Sr(0H)2)、氯化鍶(SrCl2)或氯化鍶六水合物(SrCl26H20)的溶液供應(yīng)。只要可 供應(yīng)磷酸離子及鍶離子，可使用各種供應(yīng)來(lái)源，而不特別限于上述磷酸離子供應(yīng)來(lái)源及鍶 離子供應(yīng)來(lái)源。于此，電解溶液中使用的磷酸離子供應(yīng)來(lái)源(即，磷酸溶液)的濃度可為例如大約 0. 1重量％或更高，且優(yōu)選為大約1至5重量％。于電解溶液中使用的磷酸溶液的濃度的上 述范圍內(nèi)，避免基材表面的過(guò)度衰退(decay)，且于基材表面上形成氧化物薄膜層至適當(dāng)厚 度，其將于下文中描述。此外，電解溶液中使用的鍶離子供應(yīng)來(lái)源(即，鍶水溶液)的濃度可為例如大約 0. 001摩爾/公升，且優(yōu)選為大約0. 001至0. 05摩爾/公升。使用所述電解溶液可形成一 與鍶鍵結(jié)的鈦氧化物薄膜層。電解溶液可還包括具有強(qiáng)堿性質(zhì)的礦化劑。舉例言之，礦化劑可包括氫氧化鈉 (NaOH)及氫氧化鉀(K0H)的至少一者。礦化劑于電解溶液中的濃度可為例如約0. 1至1摩 爾/公升，且于上述濃度范圍中，礦化劑可于基材表面上形成一具高度結(jié)晶度的氧化物薄膜層。再者，電解溶液可還包括鈣及鎂離子的至少一者。鈣及鎂離子扮演加速造骨細(xì)胞 附著至植入物表面的角色，以有利于骨化作用。舉例言之，鈣離子可由氧化鈣(CaO)、氫氧化鈣(Ca(0H)2)、氯化鈣(CaCl2)溶液供 應(yīng)。鎂離子可由氧化鎂(MgO)、氫氧化鎂(Mg(0H)2)及氯化鎂(MgCl2)溶液供應(yīng)。只要可供 應(yīng)鈣離子及鎂離子，可使用各種供應(yīng)來(lái)源，而不特別限于上述鈣離子供應(yīng)來(lái)源及鎂離子供 應(yīng)來(lái)源。此時(shí)，電解溶液中使用的鈣離子供應(yīng)來(lái)源或鎂離子供應(yīng)來(lái)源(即，鈣溶液或鎂溶 液)的濃度可為約0. 001摩爾/公升或更高，且優(yōu)選為0. 001至0. 05摩爾/公升。之后，利用如圖1中所示的水熱反應(yīng)于基材表面上形成一具微米單位的微細(xì)粗糙度的氧化物薄膜層(S2)。沉浸于電解溶液中的基材可具氧化物薄膜層，氧化物薄膜層于其表面上具有微米 單位(例如1至5微米的表面粗糙度(Ra)值)的微細(xì)粗糙度。于此，由于電解溶液包括磷 酸離子及鍶離子的至少一者，故形成于基材表面上的氧化物薄膜層可包括磷酸鈦、鍶鈦及 磷酸鍶鈦的至少一者。再者，當(dāng)電解溶液中包括鈣離子及鎂離子的至少一者時(shí)，氧化物薄膜 層可還包括鈣離子及鎂離子的至少一者。為了于基材表面上形成上述氧化物薄膜層，必須于一預(yù)定壓力及一預(yù)定溫度下進(jìn) 行一預(yù)訂時(shí)間的水熱反應(yīng)。舉例言之，可于一經(jīng)涂覆聚四氟乙烯(Teflon)的緊密封閉的水 熱反應(yīng)器中進(jìn)行水熱反應(yīng)，并于1至20大氣壓的壓力及約100至250°C的溫度下進(jìn)行約1 小時(shí)或更久，且優(yōu)選是進(jìn)行1至24小時(shí)。關(guān)于水熱反應(yīng)條件，于上述溫度及壓力范圍內(nèi)進(jìn)行水熱反應(yīng)，以促進(jìn)由具有優(yōu)異 抗腐蝕性質(zhì)的鈦或鈦合金所形成的基材的表面的衰退(decay)。此外，于電解溶液中，在基 材表面衰退的鈦是與離子(亦即，磷酸離子、鍶離子、鈣離子及鎂離子等)鍵結(jié)，以于基材表 面上形成氧化物薄膜層至數(shù)微米的厚度。舉例言之，可使用去離子水，以超音波清洗上方具有氧化物薄膜層的基材達(dá)數(shù)秒 至數(shù)十分鐘，接著干燥。此外，參照?qǐng)D1，可于具有氧化物薄膜層的基材上進(jìn)行熱處理(S3)。在上方具有氧化物薄膜層的基材上進(jìn)行熱處理的原因在于，避免于使用酸的水熱 反應(yīng)期間產(chǎn)生的氫脆化(hydrogen embrittlement)所造成的機(jī)械物理性質(zhì)的退化。于上 方具有氧化物薄膜層的基材的熱處理可于例如約300至500°C的溫度下進(jìn)行1小時(shí)，且優(yōu)選 為1至24小時(shí)。接著，使用一般制造植入物的方法完成具有改良表面性質(zhì)的植入物。下文將參照?qǐng)D1描述根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施態(tài)樣的制造植入物的方法。于此，此 實(shí)施態(tài)樣與上述實(shí)施態(tài)樣的制造植入物的方法實(shí)質(zhì)上相同，除了電解溶液包括氟離子以取 代磷酸離子，使形成于基材表面上的氧化物薄膜層可包括氟化鈦或氧氟化鍶鈦。因此，此實(shí) 施態(tài)樣將著重于與上述實(shí)施態(tài)樣的差異來(lái)描述。如圖1所示，將一基材沉浸至包括氟離子及鍶離子的至少一者的電解溶液中 (S1)?？筛鶕?jù)上述實(shí)施態(tài)樣，依照上述制造植入物的方法形成包括純鈦或鈦合金的基 材。可選擇性地使基材進(jìn)行預(yù)處理。舉例言之，基材的表面可進(jìn)行裁切、裁切后額外的蝕刻 或噴沙、以及裁切、蝕刻或噴沙后的清潔及干燥。將制得的基材沉浸于包括氟離子及鍶離子的至少一者的電解溶液中。于此，氟離 子扮演增加骨組織及加速與骨化作用密切相關(guān)的造骨細(xì)胞的分化的角色，而鍶離子加速造 骨細(xì)胞的增生及分化。舉例言之，氟離子可由氫氟酸(HF)溶液供應(yīng)，而鍶離子可由氧化鍶(SrO)、氫氧化 鍶(Sr(0H)2)、氯化鍶(SrCl2)或氯化鍶六水合物(SrCl26H20)的溶液供應(yīng)。只要可供應(yīng)氟離 子及鍶離子，可使用各種供應(yīng)來(lái)源，而不特別限于上述氟離子供應(yīng)來(lái)源及鍶離子供應(yīng)來(lái)源。于此，電解溶液中使用的氫氟酸溶液的濃度可為例如大約0. 01重量％或更高，且 優(yōu)選為大約0. 01至1重量％。于電解溶液中使用的氫氟酸溶液的濃度的上述范圍內(nèi)，避免
7基材表面的過(guò)度衰退(decay)，且于基材表面上形成氧化物薄膜層至適當(dāng)厚度，其將于下文 中描述。此外，電解溶液中使用的鍶離子供應(yīng)來(lái)源(即，鍶水溶液)的濃度可為例如大約 0. 001摩爾/公升或更高，且優(yōu)選為大約0. 001至0. 05摩爾/公升。使用所述電解溶液可
形成一氟離子或鍶離子與一鈦氧化物薄膜層鍵結(jié)的表面層。電解溶液可還包括具有強(qiáng)堿性質(zhì)的礦化劑，以及鈣離子及鎂離子的至少一者。礦 化劑的種類(lèi)及濃度，以及鈣離子及鎂離子的供應(yīng)來(lái)源及濃度，皆與根據(jù)上述實(shí)施態(tài)樣的上 述制造植入物的方法實(shí)質(zhì)上相同，故于此不再描述。之后，利用如圖1中所示的水熱反應(yīng)于 基材表面上形成一具微米單位的微細(xì)粗糙度的氧化物薄膜層(S2)。沉浸于電解溶液中的基材可具氧化物薄膜層，氧化物薄膜層于其表面上具有微米 單位(例如1至5微米的表面粗糙度(Ra)值)的微細(xì)粗糙度。于此，由于電解溶液包括氟 離子及鍶離子的至少一者，形成于基材表面上的氧化物薄膜層可包括氟化鈦、鍶鈦及氧氟 化鍶鈦的至少一者。再者，當(dāng)電解溶液中包括鈣離子及鎂離子的至少一者時(shí)，氧化物薄膜層 可還包括鈣離子及鎂離子的至少一者。為了于基材表面上形成上述氧化物薄膜層，必須于一預(yù)定壓力及一預(yù)定溫度下進(jìn) 行一預(yù)訂時(shí)間的水熱反應(yīng)。舉例言之，可于一經(jīng)涂覆聚四氟乙烯的緊密封閉的水熱反應(yīng)器 中進(jìn)行水熱反應(yīng)，并于1至20大氣壓的壓力及約100至250°C的溫度下進(jìn)行約1小時(shí)或更 久，且優(yōu)選是進(jìn)行1至24小時(shí)。關(guān)于水熱反應(yīng)條件，于上述溫度及壓力范圍內(nèi)進(jìn)行水熱反 應(yīng)，以促進(jìn)由具有優(yōu)異抗腐蝕性質(zhì)的鈦或鈦合金所形成的基材的表面的衰退(decay)。此 外，于電解溶液中，在基材表面衰退的鈦與離子(亦即，氟離子、鍶離子、鈣離子及鎂離子 等)鍵結(jié)，以于基材表面上形成氧化物薄膜層至數(shù)微米的厚度。舉例言之，可使用去離子水，以超音波清洗上方具有氧化物薄膜層的基材達(dá)數(shù)秒 至數(shù)十分鐘，接著干燥。此外，參照?qǐng)D1，可在上方具有氧化物薄膜層的基材上進(jìn)行熱處理(S3)。在上方具有氧化物薄膜層的基材上進(jìn)行熱處理的原因在于，避免于使用酸的水熱 反應(yīng)期間產(chǎn)生的氫脆化所造成的機(jī)械物理性質(zhì)的退化。于上方具有氧化物薄膜層的基材的 熱處理可于例如約300至500°C的溫度下進(jìn)行1小時(shí)，且優(yōu)選為1至24小時(shí)。接著，使用一般制造植入物的方法完成具有改良表面性質(zhì)的植入物。下文將利用實(shí)驗(yàn)實(shí)施例及比較例更詳細(xì)地描述本發(fā)明。然而，以下實(shí)驗(yàn)實(shí)施例僅 是提供用于說(shuō)明本發(fā)明，本發(fā)明并非由以下實(shí)驗(yàn)實(shí)施例所定義。實(shí)例[實(shí)驗(yàn)實(shí)施例1]裁切一常用的純鈦板至厚度為1毫米且尺寸為10X 10毫米，以制造一基材。使用 一 #1200碳化硅(SiC)砂紙片一步步地磨光所述基材的表面，接著依序于丙酮、酒精及蒸餾 水溶液中，各以超音波清洗表面15分鐘。清洗之后，以空氣干燥所述基材，再將其保存于一 無(wú)菌工作臺(tái)中。之后，為制備包括磷酸離子的電解溶液，將2毫升Sigma有限公司的正磷酸溶液 (H3P04)添加至98毫升蒸餾水中。接著，將所述電解溶液注入至一經(jīng)聚四氟乙烯涂覆的水熱反應(yīng)器中，并將所述基
8材沉浸于所述電解溶液中。然后，于10大氣壓的壓力及180°C的溫度下進(jìn)行水熱反應(yīng)達(dá)4 小時(shí)。之后，使用蒸餾水以超音波清洗所述基材達(dá)20分鐘，并以空氣干燥24小時(shí)。接著， 于一電爐中，在約400°C的溫度下，進(jìn)行熱處理約12小時(shí)，以完成植入物。[實(shí)驗(yàn)實(shí)施例2]制造如實(shí)驗(yàn)實(shí)施例1的經(jīng)預(yù)處理的基材。為了制備包括磷酸離子及鍶離子的電解溶液，將6毫升Sigma有限公司的85%正 磷酸溶液、1. 8公克氫氧化鈉、及0. 6公克氯化鍶添加至294毫升蒸餾水中。接著，將所述電解溶液注入至一經(jīng)聚四氟乙烯涂覆的水熱反應(yīng)器中，并將所述基 材沉浸于所述電解溶液中。然后，于10大氣壓的壓力及180°C的溫度下進(jìn)行水熱反應(yīng)達(dá)2 小時(shí)。之后，使用蒸餾水以超音波清洗所述基材達(dá)20分鐘，并以空氣干燥24小時(shí)。接著， 于一電爐中，在約400°C的溫度下，進(jìn)行熱處理達(dá)約12小時(shí)，以完成植入物。[比較例1]裁切一常用的純鈦板至厚度為1毫米且尺寸為10X 10毫米，以制造一基材。使用 一 #1200碳化硅(SiC)砂紙片一步步地磨光所述基材的表面，接著依序于丙酮、酒精及蒸餾 水溶液中，各以超音波清洗表面15分鐘。清洗之后，以空氣干燥所述基材，再將其保存于一 無(wú)菌工作臺(tái)中。之后，為制備包括磷酸的電解溶液，將5毫升Sigma有限公司的85 %正磷酸溶液添 加至95毫升蒸餾水中。接著，將所述電解溶液注入至一經(jīng)聚四氟乙烯涂覆的水熱反應(yīng)器中，并將所述基 材沉浸于所述電解溶液中。然后，于常壓及80°C的溫度下進(jìn)行水熱反應(yīng)達(dá)24小時(shí)。之后，使用蒸餾水以超音波清洗所述基材達(dá)5分鐘，并以空氣干燥24小時(shí)。于一 電爐中，使所述基材的一部分在約400°C的溫度下，額外地進(jìn)行熱處理達(dá)約12小時(shí)，以完成 植入物。[比較例2]將如比較例1的經(jīng)預(yù)處理的基材沉浸至50毫摩爾濃度鍶水溶液后，于常壓及80°C 的溫度下進(jìn)行水熱反應(yīng)達(dá)24小時(shí)，以完成植入物。于此，于一電爐中，使所述基材的一部分 在400°C的溫度下，額外地進(jìn)行熱處理達(dá)12小時(shí)，以完成植入物。[植入物樣本表面的形態(tài)微結(jié)構(gòu)]以一掃瞄電子顯微鏡(SEM)觀察實(shí)驗(yàn)實(shí)施例1及2及比較例1的表面的形態(tài)微結(jié) 構(gòu)，結(jié)果如圖2至圖4所示。圖2是關(guān)于實(shí)驗(yàn)實(shí)施例1的樣本的SEM照片，圖3是關(guān)于實(shí)驗(yàn)實(shí)施例2的樣本的 SEM照片?？勺⒁獾接趯?shí)驗(yàn)實(shí)施例1及2的樣本表面上形成微米單位的表面結(jié)構(gòu)及產(chǎn)生的 微米單位的表面粗糙度。圖4是關(guān)于比較例1的樣本的SEM照片。當(dāng)相較于進(jìn)行水熱反應(yīng)前的表面結(jié)構(gòu)， 盡管已進(jìn)行熱處理，表面結(jié)構(gòu)并無(wú)差異。此外，雖然沒(méi)有圖解，但是當(dāng)相較于進(jìn)行水熱反應(yīng) 前的表面結(jié)構(gòu)，比較例2的樣本亦無(wú)差異。因此，可確認(rèn)在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施態(tài)樣所制造的實(shí)驗(yàn)實(shí)施例1及2的植入物表面上形成微米單位的微細(xì)粗糙度。分析實(shí)驗(yàn)實(shí)施例1及2及比較例1的植入物樣本的X-射線(xiàn)繞射結(jié)果是描繪于圖5 至圖7。圖5是分析關(guān)于實(shí)驗(yàn)實(shí)施例1的樣本的X-射線(xiàn)繞射結(jié)果，圖6是分析關(guān)于實(shí)驗(yàn)實(shí) 施例2的樣本的X-射線(xiàn)繞射結(jié)果。圖7是分析關(guān)于比較例1的樣本的X-射線(xiàn)繞射結(jié)果。 使用一薄膜X-射線(xiàn)繞射儀分析存在于植入物表面上的晶體結(jié)構(gòu)。圖5描繪關(guān)于實(shí)驗(yàn)實(shí)施例1的樣本的分析結(jié)果，其中觀察到磷酸鈦(TiP04)的波 峰(JCPDS#81-1334)。此外，沒(méi)有氫化鈦的波峰，此與在進(jìn)行熱處理前所獲得且顯現(xiàn)強(qiáng)的氫 化鈦波峰的樣本不同。圖6描繪關(guān)于實(shí)驗(yàn)實(shí)施例2的樣本的分析結(jié)果，其中觀察到磷酸鍶鈦(SrTi (P04) 2) 的波峰(JCPDS#33-1356)。圖7描繪關(guān)于比較例1的樣本的分析結(jié)果，其中除了鈦波峰外，沒(méi)有磷酸鈦的次級(jí) 波峰(secondary peak)。雖然沒(méi)有圖解，但除了鈦以外，沒(méi)有鍶鈦的次級(jí)波峰。總之，確認(rèn)在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施態(tài)樣所制造的實(shí)驗(yàn)實(shí)施例1及2的植入物表面上 的氧化物薄膜層上形成磷酸鈦或磷酸鍶鈦層。[電子微探分析儀(Electron probe Micro Analyzer)對(duì)植入物樣本的分析結(jié)果]當(dāng)使用一電子微探分析儀分析實(shí)驗(yàn)實(shí)施例1及2及比較例1及2的植入物樣本時(shí)， 確認(rèn)定量元素成分比率，其顯示于實(shí)驗(yàn)實(shí)施例1的樣本中形成一磷酸鈦(TiP04)層，以及于 實(shí)驗(yàn)實(shí)施例2的樣本中形成一磷酸鍶鈦(SrTi(P04)2)層。此結(jié)果與樣本的X-射線(xiàn)繞射分 析一致。同時(shí)，于比較例1及2的樣本中無(wú)法確認(rèn)磷酸離子或鍶離子的存在。[評(píng)估于模擬體液中植入物樣本表面上的磷灰石形成]為評(píng)估實(shí)驗(yàn)實(shí)施例1及2的樣本的生物活性，將樣本沉浸于模擬體液(漢克溶液) 中達(dá)4周后，于表面上形成的磷灰石的SEM照片如圖8及圖9所示。4周經(jīng)過(guò)后，于實(shí)驗(yàn)實(shí)施例1 (圖8)及實(shí)驗(yàn)實(shí)施例2 (圖9)的樣本的全部表面上形 成相當(dāng)厚的磷灰石。雖然沒(méi)有圖解，但于比較例1及2的樣本中沒(méi)有觀察到磷灰石的形成。因此，確認(rèn)制得的樣本具有可加速形成骨組織的生物活性。因此，根據(jù)本發(fā)明的實(shí) 施態(tài)樣所制造的實(shí)驗(yàn)實(shí)施例1及2的植入物具有優(yōu)異的生物兼容性。盡管已參照本發(fā)明的例示性實(shí)施態(tài)樣詳細(xì)地顯現(xiàn)及描述本發(fā)明，但本領(lǐng)域的一般 技術(shù)人員應(yīng)了解可施行各種形式及細(xì)節(jié)上的改變，而不違背如以上權(quán)利要求書(shū)所定義的本 發(fā)明的精神與范疇。[產(chǎn)業(yè)應(yīng)用性]根據(jù)本發(fā)明，一種植入物具有一有微米單位的微細(xì)粗糙度的表面結(jié)構(gòu)，其對(duì)于在 生物體內(nèi)與骨組織間的微機(jī)械聯(lián)鎖是必要的，且所述植入物包括一與加速骨組織形成的離 子鍵結(jié)的氧化物薄膜層。因此，達(dá)成優(yōu)異的生物兼容性及有效的骨組織反應(yīng)，以造成較傳統(tǒng) 植入物改良的骨融合，以及提供相當(dāng)優(yōu)異的機(jī)械物理特性。
權(quán)利要求
一種制造具有改良表面性質(zhì)的植入物的方法，包括將一包括鈦或鈦合金的基材沉浸至包括由磷酸離子或氟離子及鍶離子組成的群組的至少一者的電解溶液中；以及形成一表面結(jié)構(gòu)具有微米單位的微細(xì)粗糙度的氧化物薄膜層，是通過(guò)在所述經(jīng)沉浸的基材的表面上，利用與溫度、壓力及時(shí)間條件相關(guān)的水熱反應(yīng)，使磷酸離子或氟離子及鍶離子的至少一者與所述基材的鈦或鈦合金反應(yīng)而形成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于使用濃度為0.1重量％或更高的磷酸溶液 制備所述包括磷酸離子的電解溶液。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于使用濃度為0.01重量％或更高的氟化氫溶 液制備所述包括氟離子的電解溶液。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于使用濃度為0.001摩爾/公升或更高的鍶 水溶液制備所述包括鍶離子的電解溶液。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述電解溶液還包括礦化劑。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于所述礦化劑包括氫氧化鈉及氫氧化鉀的至 少一者。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于所述礦化劑的濃度是0.1至1摩爾/公升。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述電解溶液還包括鈣離子及鎂離子的至少一者。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于使用各別的濃度為0.001摩爾/公升或更 高的鈣溶液及鎂溶液制備所述包括鈣離子及鎂離子的電解溶液。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述水熱反應(yīng)是在1至20大氣壓的壓力 及100至250°C的溫度下進(jìn)行。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于所述水熱反應(yīng)是進(jìn)行1小時(shí)或更久。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于還包括在形成所述氧化物薄膜層之后，進(jìn) 行熱處理。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于所述熱處理是在300至500°C的溫度下 進(jìn)行1小時(shí)或更久。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于還包括在沉浸之前，進(jìn)行拋光所述基材之 后，進(jìn)行噴沙、蝕刻、清潔、干燥及保存的至少一者的預(yù)處理。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于在進(jìn)行形成所述氧化物薄膜層之后，還包 括清洗及干燥。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述氧化物薄膜層的表面粗糙度(Ra)值 為1至5微米。
17.一種具有改良表面性質(zhì)的植入物，包括一包括鈦或鈦合金的基材；以及一氧化物薄膜層，其表面結(jié)構(gòu)具有微米單位的微細(xì)粗糙度，且在所述基材的表面上包 括由磷酸鈦、鍶鈦及磷酸鍶鈦組成的群組的至少一者。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的植入物，其特征在于所述氧化物薄膜層還包括鈣離子及鎂 離子的至少一者。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的植入物，其特征在于所述氧化物薄膜層的表面粗糙度(Ra) 值為1至5微米。
20.一種具有改良表面性質(zhì)的植入物，包括 一包括鈦或鈦合金的基材；以及一氧化物薄膜層，其表面結(jié)構(gòu)具有微米單位的粗糙度，且在所述基材的表面上包括氟 化鈦、鍶鈦及氧氟化鍶鈦的至少一者。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的植入物，其特征在于所述氧化物薄膜層還包括鈣離子及鎂 離子的至少一者。
22.根據(jù)權(quán)利要求20所述的植入物，其特征在于所述氧化物薄膜層的表面粗糙度(Ra) 值為1至5微米。
全文摘要
本發(fā)明提供一種制造具有改良表面性質(zhì)的植入物的方法及一種使用所述方法制得的植入物。所述方法包括將一具有鈦或鈦合金的基材沉浸至包括由磷酸離子或氟離子及鍶離子組成的群組的至少一者的電解溶液中，以及形成一表面結(jié)構(gòu)具有微米單位的微細(xì)粗糙度的氧化物薄膜層，是藉由在所述經(jīng)沉浸的基材的表面上，利用與溫度、壓力及時(shí)間條件相關(guān)的水熱反應(yīng)，使磷酸離子或氟離子及鍶離子的至少一者與所述基材的鈦或鈦合金反應(yīng)而形成。
文檔編號(hào)A61C8/00GK101820829SQ200880023279
公開(kāi)日2010年9月1日 申請(qǐng)日期2008年5月7日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月19日
發(fā)明者樸晉佑 申請(qǐng)人:奧斯蒂歐菲爾有限公司