CN102145192A - 金属植入物及其表面处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种金属植入物及其表面处理方法。金属植入物的表面具有多个微米级凹洞，且微米级凹洞具有一纳米级纤维网络，其微米级凹洞的孔径介于1微米至100微米之间，纳米级纤维网络包含多个纳米级孔洞，且纳米级孔洞的孔径介于10纳米至1000纳米之间。该方法包括：提供一金属植入物；在该金属植入物的表面进行一第一表面处理，以在该金属植入物的表面形成多个微米级凹洞；及在该金属植入物的表面进行一第二表面处理，以在该微米级凹洞内形成一纳米级纤维网络，该纳米级纤维网络包含多个纳米级孔洞，且该纳米级孔洞的孔径介于10纳米至1000纳米之间。本发明外微米级凹洞可保护纳米级纤维网络结构，减少其在植入手术中被破坏的几率。

Description

金属植入物及其表面处理方法

技术领域

本发明涉及一种金属植入物及其表面处理的方法，且尤其涉及一种表面型态为微米级凹洞具有一纳米级纤维网络的金属植入物及其表面处理的方法。

背景技术

目前，在金属植入物(implant)表面形成多孔结构的方法有多种，例如：喷砂法(sand blasting)或酸蚀法(acid etching)，通过上述方法可使金属植入物的表面粗糙度增加，如此可利于金属植入物植入生物体内后细胞攀附促使伤口愈合时间缩短。

举例来说，美国专利字号US5609633揭示一种金属植入物的表面处理方法，此方法利用碱蚀搭配热处理(Alkali-heat treatment，AH)的条件，可以在金属植入物的表面上产生纳米纤维层，此纳米纤维层可以促进磷酸钙沉积，具有骨细胞诱导性，而骨细胞诱导性则可以加速植入物周围组织复原速率。

但是，此金属植入物的表面处理方法在金属植入物表面所产生的纳米纤维层很脆弱，容易在植入手术过程中就被破坏。

发明内容

本发明提供一种金属植入物，其表面型态为微米级凹洞具有一纳米级纤维网络。

另外，本发明另提供一种金属植入物的表面处理的方法，可以产生一种表面型态为微米级凹洞具有一纳米级纤维网络的金属植入物。

本发明提出一种金属植入物，金属植入物的表面具有多个微米级凹洞，且微米级凹洞具有一纳米级纤维网络，其微米级凹洞的孔径介于1微米至100微米之间，纳米级纤维网络包含多个纳米级孔洞，且纳米级孔洞的孔径介于10纳米至1000纳米之间。

在本发明一实施例中，其中所述的微米级凹洞还包含多个次微米级凹洞，且该些次微米级凹洞的孔径介于100纳米至1000纳米之间。

在本发明一实施例中，其中所述的金属植入物为一钛金属或一含钛元素的合金。

在本发明一实施例中，其中所述的微米级凹洞是借助一喷砂处理或一喷砂后酸蚀工艺所产生。

在本发明一实施例中，其中所述的纳米级纤维网络借助一碱蚀处理或碱蚀处理搭配一酸洗处理及一热处理所产生。

在本发明一实施例中，其中所述的纳米级纤维网络的成份为一金红石相氧化钛或一锐钛矿相氧化钛。

另外，本发明提出一种金属植入物的表面处理方法，包括：提供一金属植入物；在该金属植入物的表面进行一第一表面处理，以在该金属植入物的表面形成多个微米级凹洞；及在该金属植入物的表面进行一第二表面处理，以在该些微米级凹洞生成一纳米级纤维网络，其中该第二表面处理步骤为一碱蚀处理。

在本发明一实施例中，其中所述的碱蚀处理后更包括一酸洗处理以及一热处理。

在本发明一实施例中，其中所述的金属植入物为一钛金属或一含钛元素的合金。

在本发明一实施例中，其中所述的微米级凹洞的孔径介于1微米至100微米之间。

在本发明一实施例中，其中所述的纳米级纤维网络包含多个纳米级孔洞，且该些纳米级孔洞的孔径介于10纳米至1000纳米之间。

在本发明一实施例中，其中所述的第一表面处理为一喷砂处理。

在本发明一实施例中，其中所述的第一表面处理为一喷砂后酸蚀处理，用以在该些微米级凹洞内生成多个次微米级凹洞，且该些次微米级凹洞的孔径介于100纳米至1000纳米之间。

在本发明一实施例中，其中所述的碱蚀处理使用的碱蚀化合物为含一钠离子(Na⁺)、一钾离子(K⁺)或一钙离子(Ca²⁺)的氢氧化物。

在本发明一实施例中，其中所述的酸洗处理使用的酸液为盐酸(HCl)或硫酸(H₂SO₄)。

综上所述，本发明的金属植入物，经喷砂或喷砂-酸洗处理后的表面可产生微米级凹洞，进行碱蚀-酸洗-热处理(Alkali-Acid-heat treatment，AAH)后，金属植入物的表面可呈现纳米级纤维网络，由于纳米级纤维网络其成分为氧化钛，具有骨生物活性且可促进磷酸钙沉积，适用于植入生物体内，此外微米级凹洞可保护纳米级纤维网络结构，减少其在植入手术中被破坏的机率。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。

附图说明

图1是本发明一实施例金属植入物的示意图；

图2是本发明金属植入物表面处理方法的流程图；

图3A是倍率为500倍金属植入物的表面SEM图；

图3B是倍率为2500倍金属植入物的表面SEM图；

图4是金属植入物的的表面SEM图；

图5A是进行喷砂处理的钛金属表面照片；

图5B是未进行喷砂处理的钛金属表面照片；

图6是金属植入物的的表面SEM图；

图7是金属植入物的的表面SEM图；

图8A是金属植入物的的表面SEM图；

图8B是图8A的a处放大图；

图8C是图8B的b处放大图；

其中，附图标记：

S100～S300流程步骤

10：微米级凹洞

20：次微米级凹洞

30：纳米级纤维网络

具体实施方式

图1是本发明一实施例金属植入物的示意图，请参阅图1，金属植入物的表面具有多个微米级凹洞10，且微米级凹洞10具有多个次微米孔洞20，次微米孔洞20具有一纳米级纤维网络39，微米级凹洞10的孔径介于1微米至100微米之间，次微米级凹洞20的孔径介于100纳米至1000纳米之间，纳米级纤维网络30包含多个纳米级孔洞，且纳米级孔洞之孔径介于10纳米至1000纳米之间。

换言之，金属植入物的表面具有多个微米级凹洞10，且每个微米级凹洞10内都含有次微米级凹洞20，每个次微米级凹洞20内含有一纳米级纤维网络30，而这些纳米级纤维网络30为一类似海棉的结构，因此纳米级纤维网络30包括多个纳米级孔洞。

图2是本发明金属植入物表面处理方法的流程图。请参阅图2，金属植入物表面处理的方法包括：首先，提供一金属植入物(步骤S100)。金属植入物为一钛金属或一含钛元素的合金。

之后，在该金属植入物的表面进行一第一表面处理(步骤S200)，以在该金属植入物的表面形成多个微米级凹洞，须特别说明的是，这里所述的多个微米级凹洞的孔径介于1微米至100微米之间。

详言之，第一表面处理(步骤S200)可以是一喷砂处理或者是一喷砂后酸蚀处理。喷砂处理的操作方式为：以一砂体对一金属植入物进行砂涂，其中这里所述砂体的颗粒大小为粒径小于400微米的陶瓷砂体(如：氧化铝砂或二氧化钛砂)，如此喷砂处理过后的金属植入物表面会具有多个微米级凹洞。

喷砂后酸蚀处理的操作方式为：先进行上述的喷砂处理，之后再进行一酸蚀处理。详言之，酸蚀处理为将金属植入物浸泡于一酸性溶液中，酸性溶液可为硫酸、过氧化氢、盐酸或混合酸，这里所指的混合酸可为上述酸液搭配其它酸液或上述酸液所组成的酸性溶液。由于喷砂处理会在金属植入物表面会产生微米级凹洞，而酸蚀处理会在这些微米级凹洞内再形成多个次微米级凹洞，其中这里所指的次微米级凹洞的孔径介于100纳米至1000纳米之间。

第一表面处理(步骤S200)之后，在该金属植入物的表面进行一第二表面处理(步骤S300)，以在微米级凹洞或次微米级凹洞内生成一纳米级纤维网络。详言之，这里所指的纳米级纤维网络包含多个纳米级孔洞，且该些纳米级孔洞的孔径介于10纳米至1000纳米之间。此纳米级纤维网络的成份为一金红石相氧化钛或一锐钛矿相氧化钛，因此具有骨生物活性且可以促进磷酸钙沉积。

第二表面处理(步骤S300)步骤可为一碱蚀处理或者是碱蚀处理搭配一酸洗处理以及一热处理进行。碱蚀处理的操作方式为将金属植入物浸泡于一碱性溶液，其中碱性溶液包含多个碱蚀化合物，而碱蚀化合物为钠离子(Na⁺)、钾离子(K⁺)或钙离子(Ca²⁺)的氢氧化物。

酸洗处理的操作方式为将金属植入物浸泡于一酸性溶液，其中这里所述的酸性溶液为盐酸(HCl)或硫酸(H₂SO₄)。

热处理的操作方式为将金属植入物至于一均匀受热的空间，以及提供其适当温度。其中热处理的反应温度范围可介于400至800℃之间，反应时间范围可介于30分钟至8小时之间。

当金属植入物进行第一表面处理后，喷砂处理后的金属植入物可以呈现不同色泽(例如灰色)，因此医疗器材产品具明显的辨识度；此外，第一表面处理后产生的微米级凹洞可以保护第二表面处理产生的纳米级纤维网络，减少纳米级纤维网络在植入手术中被破坏的机率。

以下举出具体实施例1来说明本发明，但是本发明并不仅限于以下的实施例。

实施例1

实施例1的金属植入物以一钛金属为例，钛金属表面经100微米的氧化铝砂进行喷砂处理(第一表面处理)后，钛金属的表面会产生孔洞直径约10微米的微米级凹洞，之后把钛金属置于5M氢氧化钠水溶液4小时后，再置于50mM的盐酸水溶液HCl(aq)3小时，最后于600℃的环境下热处理1小时(第二表面处理)，通过第一表面处理搭配第二表面处理后，钛金属的表面结构结果如图3所示。

请参阅图3，图3A及图3B分别为倍率为500倍及2500倍时实施例1的金属植入物的表面SEM图，由图3A及图3B可知，金属植入物的表面包含多个微米级凹洞，且这些微米级凹洞包含纳米级纤维网络。

把实施例1的钛金属浸泡模拟体液(SBF)中一天后，结果图4所示，由图4可知，金属植入物浸泡模拟体液中一天后，其表面有圆球型的磷酸钙颗粒生成，因此，本发明的金属植入物的表面结构具有骨生物活性，且可以促进磷酸钙沉积。

另外，把实施例1的钛金属(A组)以正常植入流程锁入仿骨(saw-bone)中，再退出观察表面型态，并比较仅进行上述第二表面处理(无进行第一表面处理)的钛金属(B组)，以相同方式锁入仿骨中，再退出观察表面型态的表面型态。由图5A可知，未进行喷砂处理的钛金属(B组)，其钛金属表面有明显刮伤，而由图5B可知，有进行喷砂处理的钛金属(A组)，其钛金属表面的孔洞仍旧维持其粗糙度。

此外，以电子显微镜观察B组的钛金属表面结构，在锁入实验前，B组的钛金属表面虽有呈现纳米级纤维网络(图6)，但在锁入实验后，其纳米级纤维网络都被磨平(图7)。

同样地，以电子显微镜观察A组的钛金属表面结构，请参考图8A、8B及8C，虽然A组的钛金属在锁入实验后的粗糙表面较高处已被磨平，但是在微米级凹洞内的纳米级纤维网络仍十分完整，因此，微米级凹洞可以保护第一表面处理产生的纳米级纤维网络，减少纳米级纤维网络在植入手术中被破坏的机率。

综上所述，本发明的金属植入物，经喷砂或喷砂-酸洗处理后的表面可产生微米级凹洞，进行碱蚀-酸洗-热处理(Alkali-Acid-heat treatment，AAH)后，金属植入物的表面可呈现纳米级纤维网络，由于纳米级纤维网络其成分为氧化钛，具有骨生物活性且可促进磷酸钙沉积，适用于植入生物体内，此外微米级凹洞可保护纳米级纤维网络结构，减少其在植入手术中被破坏的机率。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种金属植入物，具有一表面，其特征在于，包括：

多个微米级凹洞，且该微米级凹洞包含一纳米级纤维网络，其中该微米级凹洞的孔径介于1微米至100微米之间，该纳米级纤维网络包含多个纳米级孔洞，且该纳米级孔洞的孔径介于10纳米至1000纳米之间。

2.根据权利要求1所述的金属植入物，其特征在于，该微米级凹洞包含多个次微米级凹洞，该纳米级孔洞位于该次微米级凹洞内，且该次微米级凹洞的孔径介于100纳米至1000纳米之间。

3.根据权利要求1所述的金属植入物，其特征在于，该金属植入物为一钛金属或一含钛元素的合金。

4.根据权利要求1所述的金属植入物，其特征在于，该纳米级纤维网络的成份为一金红石相氧化钛或一锐钛矿相氧化钛。

5.一种金属植入物的表面处理方法，其特征在于，包括：

提供一金属植入物；

在该金属植入物的表面进行一第一表面处理，以在该金属植入物的表面形成多个微米级凹洞，该微米级凹洞的孔径介于1微米至100微米之间；及

在该金属植入物的表面进行一第二表面处理，以在该微米级凹洞内形成一纳米级纤维网络，该纳米级纤维网络包含多个纳米级孔洞，且该纳米级孔洞的孔径介于10纳米至1000纳米之间。

6.根据权利要求5所述的表面处理方法，其特征在于，该第二表面处理步骤为一碱蚀处理。

7.根据权利要求6所述的表面处理方法，其特征在于，该碱蚀处理后还包括一酸洗处理以及一热处理。

8.根据权利要求6所述的表面处理方法，其特征在于，该第一表面处理包括：

一喷砂处理，用以在该金属植入物的表面形成该微米级凹洞；及

一喷砂后酸蚀处理，用以在该微米级凹洞内形成多个次微米级凹洞，该纳米级孔洞位于该次微米级凹洞内，且该次微米级凹洞的孔径介于100纳米至1000纳米之间。

9.根据权利要求6所述的表面处理方法，其特征在于，该碱蚀处理使用的碱蚀化合物为含一钠离子、一钾离子或一钙离子的氢氧化物。

10.根据权利要求7所述的表面处理方法，其特征在于，酸洗处理使用的酸液为盐酸或硫酸。

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