[发明专利]蜂窝状多孔结构二氧化钛涂层种植体材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种蜂窝状多孔结构二氧化钛涂层种植体材料及其制备方法。 

背景技术

现代科学技术的进步已使得人类能够进行改造和创建新的生命形态，器官的人工化成为当今医学科学的尖端技术之一。其潜在的核心是医用生物材料的开发，医用生物材料的发展将使人们把处理人体失去功能组织的方法由组织去除、组织替代最终实现组织重建。在医用生物材料的应用中，人工牙、人工关节和人工骨等硬组织替代材料占有较大比例，并以较快速度增长。 

在人工种植体的研究和应用中，与传统的不锈钢和钴基合金相比，钛及其合金由于具有低密度、低模量、高强度、优异的生物相容性和耐腐蚀性等特点而在生物材料领域获得越来越广泛的应用，而且钛在地壳中储量丰富(0.6％，在所有元素中排第9位，在常用金属元素中仅次于铁、镁、铝排第4位)，具有进一步开发的潜在优势，是理想的、应用前景广阔的生物医学工程材料。然而，在将钛种植体植入人体后，外科手术扰乱了人体组织和器官的正常功能，种植体常常需要几周、甚至是几个月的时间才能够与人骨完成较好的骨整合。因此，为缩短种植后的愈合期，提高骨整合的效果，有关钛表面活性化处理的研究日益得到重视。它主要包括两个方面的内容，一是获得能与骨形成骨性结合的活性表面，二是实现钛表面磷灰石涂层的自生。目前，研究者们主要采用的方法为化学处理法和溶胶凝胶法。化学处理法主要是对表面进行酸化、碱化、过氧化氢氧化等化学处理，利用化学处理可在钛表面诱发形成一层生物活性层，从而促进钛种植体的骨性结合，提高结合强度。溶胶凝胶法是指采用溶胶凝胶法，在种植体表面沉积二氧化钛、磷酸钙、二氧化硅涂层。活化后的表面显示出良好的愈合效应和骨性结合，是一个值得进行系统深入研究的领域。 

近年来，多孔二氧化钛薄膜由于其较好的生物相容性、生物活性、化学稳定性及高的比表面积，常被用来修饰钛基种植体材料，以改善其生物相容性、生物活性和传导性。最常用的多孔二氧化钛薄膜的合成方法是以表面活性剂或是胶体晶体为模板的溶胶凝胶法。之后会采用热处理方法或是合适的溶剂选择性溶解的方法除去模板。如此制备的多孔薄膜孔径尺寸固定为模板的尺寸，整个过程复杂、耗钱、耗时。研究者们亟需寻找一种更简单、通用的制备多孔薄膜涂层的方法。 

呼吸图案法是一种非常有前景的、制备具有规则六边形孔阵列多孔薄膜的自组织方法。该方法的要点是有机溶剂蒸发引起的冷凝以及之后的水滴模板的形成。自从1994年Widawski等人首次使用呼吸图案法制备出聚苯乙烯-聚苯撑嵌段共聚物的有序 多孔薄膜，该方法便成为了材料科学领域的一个重要的研究热点。目前，均聚物、共聚物、两亲共聚物、金属纳米粒子、小分子等多种物质已经被用作构筑基元，制备尺寸在50纳米到20微米之间的多孔薄膜。呼吸图案法以其低消耗、操作简便、可大面积制备等优点为多孔薄膜的制备领域带来了新的希望。 

至今还没有关于使用呼吸图案法制备蜂窝状多孔结构二氧化钛涂层种植体材料方面的披露。 

发明内容

本发明目的在于提供一种可应用于钛基种植体表面修饰的、尺寸可调控的、生物相容性的蜂窝状多孔结构二氧化钛薄膜及其制备方法。 

本发明所提供的蜂窝状多孔结构二氧化钛薄膜是以钛基前驱体分子为构筑基元，采用呼吸图案法以水滴为动态模板，进行表面溶胶凝胶过程制备得到。 

具体方法包括如下步骤： 

1)将钛基前驱体溶液涂布在基底表面； 

2)对所述步骤1)的溶液表面吹拂具有一定湿度的潮湿气流，直至溶液中的水和有机溶剂全部挥发，得到蜂窝状多孔薄膜； 

3)将所述步骤2)中所得多孔薄膜在室温下陈化； 

4)将所述步骤3)中陈化后的多孔薄膜在高温下煅烧，得到具有特定晶型的二氧化钛多孔薄膜。 

上述步骤1)中，所述钛基前驱体选自以下钛的醇盐和无机盐中的一种或是多种组合，如四氯化钛、钛酸四丁酯、钛酸异丙酯、钛酸四乙酯。 

所述钛基前驱体溶液中使用的溶剂为氯仿或甲苯和氯仿的混合溶剂；所述混合溶剂中甲苯的体积含量为0-60％，优选5-40％。 

所述钛基前驱体溶液的浓度为2-12mg/mL，优选4-10mg/mL。 

上述步骤1)中，制成所述基底的材料具体可选自下述任意一种：玻璃盖玻片、硅片、铝箔、锡箔、钛箔、云母、PET膜和PS膜。 

所述基底材料的形状为平板、凹凸不平的基面、圆柱状或是不规则形状的表面。