[发明专利]SiC/TiO2结构与功能仿生型纳米骨骼材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种新型人工骨骼材料结构，尤其涉及一种SiC/TiO₂结构与功能仿生型纳米骨骼材料及其制备方法。

背景技术

由于交通意外，运动创伤，社会老龄化等问题的增加，世界范围内对人工骨骼材料的需求与日俱增。我国是一个拥有13亿人口的大国，也是一个骨组织修复和重建材料的需求大国，目前我国有6000万残疾人，其中致残者约800万人；由风湿和类风湿引发的大骨节病患者有数百万人；有7000万伴随人口老龄化的骨质疏松症患者；每年由于疾病、交通事故和运动创伤等造成的骨缺损、骨折和骨缺失患者人数近1000万；需要行颅颌面和肢体整形、美容的人数也在千万人以上。到2013年，全球人工骨骼材料市场实现销售额达300亿美元。因此，人工骨骼材料已成为各国科学家竞相研究和开发的热点方向之一。

人工骨骼材料是纳米科技向生物材料领域渗透的产物，纳米材料所具有的独特性能不仅为设计和制备新型高性能生物材料提供了新思路和新方法，而且为生物材料领域中采用常规技术和方法所无法解决的问题提供了新的解决手段。纳米尺度的特殊生物效应使得人工骨骼材料在组织修复、替代领域具有广泛地应用前景,近年来取得了引人注目的成就。

研究开发新型纳米材料与器械用于组织修复替代对于提高临床治疗水平具有深远的意义。前期以纳米钙磷类生物材料为代表的骨修复替代材料的研究与开发，已向着生物结构和生物功能的仿生目标迈进了重要的一步，并取得了令人兴奋的治疗效果。随着纳米技术的发展，指导构建人工骨骼材料的性能如硬度、韧性、生物活性、降解性以及生物相容性等方面的优势必将会进一步显现，其功能必将不断完善。相信在不久的将来会有更多的适于组织修复替代的纳米材料和器械的出现，为再塑健康人体作出贡献。

已有的人工骨骼材料主要有金属涂层材料、生物陶瓷材料、生物骨水泥材料等，它们主要是由粉末堆积或烧结等方法合成的无序结构，弹性模量与人骨差异较大，并且硬度和韧性不匹配的矛盾至今仍然无法解决。一种更为廉价、高效的纳米骨骼材料是当下医疗领域所迫切需要的。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，基于多级结构仿生与功能仿生原理，提供了一种SiC/TiO2结构与功能仿生型纳米骨骼材料及其制备方法。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种取向生长SiC纳米柱与韧性TiO₂纳米纤维复合的纳米骨骼材料，所述材料是在钛金属基片上生长多壁韧性TiO₂纳米纤维，构成网孔状结构，然后通过磁控溅射技术在所述TiO₂纳米纤维表面制备出取向生长、定向排列SiC纳米柱，增强材料其力学特性与功能。基于多级结构仿生与功能仿生原理，SiC/TiO₂结构与功能仿生型纳米骨骼材料呈现多级有序结构，实现了人工骨骼材料弹性模量与人体骨骼相匹配的特点，并且首次解决了人工骨骼材料硬度和韧性不匹配的矛盾。

上述在表面取向生长纳米柱的TiO₂纳米纤维结构的制备方法如下：

（1）水热法制备多壁韧性TiO₂纳米纤维：将钛片放入丙酮中超声清洗后放入干燥箱里烘干；然后将钛片置于反应釜里，并用浓度为2mol/L的NaOH溶液浸没；将反应釜放在电阻炉中用220℃-240℃的温度加热2-10个小时后自然降温；取出钛片，用蒸馏水冲洗，烘干，得到所需的表面长有多壁韧性TiO₂纳米纤维基片。

（2）磁控溅射制备取向生长结构：将SiC靶材和步骤1制备的TiO₂纳米纤维基片置于多靶磁控溅射仪中，调节靶级距为3cm-4cm，通入氩气，工作压强为0.6Pa-2.0Pa之间，射频功率为100W-150W，基底温度为0℃-600℃；在以上条件下溅射15分钟-120分钟以制备出SiC/TiO₂结构与功能仿生型纳米骨骼材料。       

本发明的有益效果是，与现有技术相比：