[发明专利]一种锶掺杂钽氧化物纳米棒结构生物活性涂层的制备方法

说明书

本发明公开了一种钽表面锶掺杂钽氧化物纳米棒结构生物活性涂层的制备工艺，首先以含氢氟酸、硝酸和双氧水的水溶液为水热溶液，采用不同的水热条件对钽基体进行水热处理，然后在含锶的水热环境条件下再次对获得的钽氧化物纳米棒结构涂层进行水热处理，得到的涂层微观结构呈纳米棒状，物相为五氧化二钽，纳米棒结构涂层中掺杂有锶元素，该锶掺杂纳米棒结构涂层与基体之间具有高的结合强度，且获得的涂层表面粗糙度较小，锶元素从涂层中的析出呈现出先快后慢的规律，在类体液环境中能快速诱导形成骨磷灰石，具有良好的生物活性。

技术领域

本发明属于医用金属表面生物活化改性技术领域，涉及一种钽基医用植入体表面生物活性涂层的制备技术，具体涉及一种锶掺杂钽氧化物纳米棒结构生物活性涂层的制备方法。

背景技术

钽金属在大气中放置时表面会形成氧化钽(Ta₂O₅)膜，氧化钽(Ta₂O₅)膜的存在会使其具有优异的耐蚀性能，在很广范围的pH值中保持稳定，并且长期放置于含盐的液体中(比如血液)亦不会破坏这层氧化膜。另外，钽金属植入人体后，生物组织易在其表面上生长，所以钽又有“亲生物金属”之称，具有良好的生物相容性。与现有医用金属材料相比，钽金属优异的耐蚀性和生物相容性作为硬组织植入体吸引了医学工作者和材料科研人员的关注，尤其是近些年来低弹性模量、高容积孔隙率和高摩擦系数的多孔钽的发展，使钽在人造骨、髋或膝关节头假体、整形外科等方面有了更为重要的应用潜力。但钽作为一种金属，生物活性较差，植入体内后无法与骨组织形成骨性结合，使得需要的治愈时间较长，为了获得生物活性优异的钽植入体，需对其表面进行生物活化改性。已经知道，骨基质主要由胶原纤维和生长于其周围的羟基磷灰石(HA)构成，成纳米纤维形态，细胞对此纳米纤维结构组态呈独特的成骨效应。锶是人体中必需的微量元素之一，有防齵和增强骨强度的作用，而且锶元素的掺杂能够提高成骨细胞的附着、增殖和分化。因此通过在纳米纤维结构中掺杂锶元素可以提高其生物活性及成骨性能。近期关于纳米结构在成骨细胞分化的实验结果表明，纳米结构表面可促进对骨重构起到重要作用的RUNX2、OSX和骨唾液蛋白的表达。纳米形态表面相比于微米形态更有利于细胞的粘附和生长。现有的溶胶-凝胶、阳极氧化、碱热处理、生物仿生矿化、等离子体喷涂、磁控溅射等技术均可对钽金属进行表面改性，但均不能在钽金属表面获得纳米纤维形态。通过在含钙、磷的电解液中进行微弧氧化，然后再在含钙磷水溶液中进行水热处理后可在钽表面获得纳米棒状羟基磷灰石，生物活性较好，但制备过程略为复杂、设备要求高，期望可以有一种较为简单的方法可以在钽表面制备出纳米棒/纳米纤维结构生物活性涂层。

发明内容

本发明的目的在于提供一种锶掺杂钽氧化物纳米棒结构生物活性涂层的制备方法，以克服上述现有技术存在的缺陷，本发明制备的纳米结构生物活性涂层与基体之间结合紧密，具有高的结合强度，且具有良好的生物活性，在类体液环境中能快速的诱导出骨磷灰石，以构建具有良好力学和生物学性能的人体硬组织修复与替换器件。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种锶掺杂钽氧化物纳米棒结构生物活性涂层的制备方法，包括以下步骤：

步骤一：将HF溶液、HNO₃溶液和H₂O₂溶液中的两种或三种的复配溶液制成水热溶液，并将钽样品浸泡入水热溶液中，对其进行水热处理，即在钽基表面得到钽氧化物纳米棒结构涂层，即得到处理后的钽样品；

步骤二：将乙酸锶溶液、硝酸锶溶液和氢氧化锶溶液中的一种或其复配溶液制成含锶溶液，并将处理后的钽样品浸泡入含锶溶液中，对其进行水热处理，即在钽表面得到锶掺杂钽氧化物纳米棒结构生物活性涂层。

进一步地，步骤一中HF溶液的浓度为0.1～0.6mol/L，HNO₃溶液的浓度为0.1～0.4mol/L，H₂O₂溶液的浓度为1～4mol/L。