[发明专利]基于钛表面多级孔结构制备复合生物活性涂层方法

说明书

技术领域

本发明涉及制备复合生物活性涂层的方法。

背景技术

钛和钛合金因其良好的生物相容性、耐腐蚀性和综合力学性能在生物医疗领域里广泛用于制造人造关节，骨钉，牙科种植体等硬组织修复材料。但是在实际使用中，因为钛和钛合金在常温下自然形成的二氧化钛层，表现为生物惰性，骨诱导性较差，骨整合能力弱，使得其与骨组织的结合强度较低，不能很好达到骨结合的目的，易造成植入物松脱和创面难以愈合、感染等问题。为了解决这一问题，对钛和钛合金进行表面改性，提高其生物活性和与骨组织间结合强度成为研究热点。

喷砂酸蚀是牙科种植体常用的表面改性技术，其工艺简单适于大规模生产。其原理在于利用喷砂的机械加工与酸的化学腐蚀构建钛和钛合金表面的多孔结构和二氧化钛活性覆盖层，以提高材料的生物活性，加强种植体和生物体组织的结合强度。喷砂所制造的孔洞约为几十微米，酸蚀制造的孔洞约为几个微米。但采用喷砂或酸蚀处理后的钛和钛合金，仍然与骨组织结合强度不高，手术失败率约为30％。

阳极氧化法是目前常用的表面改性方法，其工艺设备简单，易于操作；在含氟离子的水溶液中对钛及其合金进行阳极氧化操作，可以在其表面生成排列规则，长度和管径可控的纳米管阵列。

微米级拓扑结构增加表面的粗糙度，增大钛种植体的接触面积，提高种植体与骨组织的机械结合强度，促进新骨的整合；纳米级结构有高度整齐的孔结构，比表面积高，表面能高等优势，二氧化钛纳米管提供更多的活性位点，促进类骨磷灰石的形成，同时纳米级结构为纳米级的类磷灰石晶粒的形成长大提供更多的形核位点，高的表面能可以满足形核能；保证植入体与骨组织的生物锁合力，促进新骨与原骨组织的整合，提高骨修复的能力。

发明内容

本发明要解决现有钛和钛合金在自然状态下生物活性低，骨整合能力弱，与骨组织结合强度低的问题，而提供基于钛表面多级孔结构制备复合生物活性涂层方法。

基于钛表面多级孔结构制备复合生物活性涂层方法，具体是按照以下步骤进行的：

一、打磨处理：将钛材料依次用200#、400#、600#和1000#金相砂纸逐级打磨，至表面具有金属光泽，然后在室温下，首先用丙酮超声清洗15min～30min，然后用酒精超声清洗20min～30min，最后烘干，得到打磨处理后的钛材料；

二、喷砂处理：将打磨处理后的钛材料用氧化铝颗粒进行喷砂处理，然后在室温下，首先用丙酮超声清洗15min～30min，然后用酒精超声清洗20min～30min，最后烘干，得到喷砂处理后的钛材料；

三、酸蚀处理：将喷砂处理后的钛材料浸渍于质量百分含量为45％～98％的硫酸溶液中，在温度为60℃～70℃的条件下，浸泡60min～120min，得到酸蚀处理后的钛材料；

四、阳极氧化处理：以酸蚀处理后的钛材料为阳极，以铂为阴极，将酸蚀处理后的钛材料阳极和铂阴极放入电解液I中，然后以直流电源为电源在电解池两端外加15V～40V的电压，并在电压为15V～40V下氧化30min～120min，得到阳极氧化后的钛材料；

所述的电解液I为质量浓度为1g/L～4g/L的NH₄F水溶液；

五、电泳沉积：以阳极氧化后的钛材料为阴极，以铂为阳极，将阳极氧化后的钛材料阴极和铂阳极放入电解液Ⅱ中，然后以直流电源为电源在电解池两端外加2V～4V的电压，并在电压为2V～4V下沉积30min～120min，即得到电泳沉积后的钛材料；

所述的电解液Ⅱ为Ca(NO₃)₂和(NH₄)₂HPO₄水溶液的混合物，且所述的电解液Ⅱ中Ca(NO₃)₂浓度为5g/L～20g/L，所述的电解液Ⅱ中(NH₄)₂HPO₄水溶液浓度为2g/L～8g/L；

六、清洗：将电泳沉积后的钛材料依次用去离子水及无水乙醇清洗，然后烘干，得到烘干后的钛材料；

七、热处理：在温度为500℃～800℃的条件下，将烘干后的钛材料热处理30min～120min，然后随炉冷却，即完成基于钛表面多级孔结构复合生物活性涂层的制备。