[发明专利]一种钛材表面微纳复合结构的制备方法

说明书

本发明涉及生物材料领域，具体地涉及一种钛材表面微纳复合结构的制备方法。该方法依次包括钛材的前处理、钛材的微弧氧化处理、钛材微弧氧化后的酸蚀处理和钛材酸蚀后的阳极氧化四个步骤，能够在钛材表面制备出均匀的微纳复合结构，该结构的成分组成为钛的氧化物，并无其他杂质，且结构边缘平整圆滑，有利于细胞黏附和攀爬，比表面积大，结合强度高，具有优异的生物相容性，具有良好的应用前景。

技术领域

本发明涉及生物材料领域，具体地涉及一种金属生物材料领域的表面改性方法。

背景技术

钛金属因其具有较高的比强度、良好的生物相容性以及优良的耐腐蚀性能，广泛应用于人体骨替换材料。但钛本身缺乏生物活性，植入人体后容易与骨组织结合不良、松动甚至脱落。因此，对植入体进行表面改性,使其具备良好的生物活性是硬组织植入材料的研究重点。

表面形貌及结构作为影响植入体生物活性的重要因素,受到国内外学者的广泛研究。研究发现，利用表面改性在植入体表面制备微纳结构模拟人体骨组织，可以调节细胞行为，诱导骨组织与材料之间形成键合，允许骨组织长入孔隙，加强植入体与骨的连接，实现提高生物活性的目的。在植入体表面制备微纳结构的方法有很多，如酸蚀加阳极氧化法，喷砂酸蚀加阳极氧化法等，但喷砂处理后残留的颗粒可能会对骨整合造成不利影响，喷砂酸蚀后的凹坑边缘较尖锐，不利于细胞黏附。另外酸蚀加阳极氧化法得到的涂层存在与基体结合强度低，易剥落等缺点。

发明内容

本发明的目的是提供一种钛材表面微纳复合结构的制备方法，该方法通过微弧氧化和阳极氧化的联用，在钛材表面制备出均匀的微纳复合结构，该结构的成分组成为钛的氧化物，并无其他杂质，且结构边缘平整圆滑，有利于细胞黏附和攀爬，比表面积大，结合强度高，具有优异的生物相容性，具有良好的应用前景。

本发明提供的钛材表面微纳复合结构的制备方法包括以下步骤：

（1）钛材的前处理

打磨：将钛材用800～2000#金相砂纸逐级打磨，直至试样表面具有金属光泽，清洗：将打磨后的钛材先用丙酮超声清洗20～30min，再用乙醇超声清洗20～30min，最后用去离子水清洗干净，烘干；

（2）钛材的微弧氧化处理

将清洗后的钛材置于脉冲直流电源的阳极，采用惰性阴极对其进行微弧氧化，选用0.2～0.3mol/L乙酸钙和0.1～0.15mol/L磷酸二氢钠的混合溶液作为电解液，在电压为270～330V,脉冲频率为100～500Hz，占空比为10～50%，电解液温度为5～25℃的条件下微弧氧化3～9min，用去离子水清洗钛材，烘干；

（3）钛材微弧氧化后的酸蚀处理

将微弧氧化处理后的钛材放置在常温酸蚀液中做表面腐蚀处理，在去离子水中超声震荡5～10min，之后利用去离子水反复冲洗钛材表面直至pH为中性，烘干。

（4）钛材酸蚀后的阳极氧化：酸蚀处理后的钛材放入含氟化铵的有机电解液中进行恒压阳极氧化，电压为20～40V，阳极氧化后去离子水超声清洗，烘干。

作为一种优选，步骤（3）中所述的酸液为H₂SO₄、HF和H₂O的混合液，其体积比15～17:2:1～3。

作为一种优选，步骤（3）中的酸蚀时间为2.5～3.5h，酸蚀时间需要根据步骤（2）中制得的微弧氧化膜层是否被完全腐蚀来确定，但最长不超过3.5h，例如在300V下膜层厚度为8μm，与270V下的膜层厚度为6μm相比，需要更长的腐蚀时间。

作为一种优选，步骤（4）中直流电源电压为20～40V，电极间距为3～5cm，氧化时间为20～60min，电解液中氟化铵的浓度为5～10g/L。