[发明专利]一种钛钼锆系亚稳β钛合金表面改性方法

说明书

本发明公开了一种钛钼锆系亚稳β钛合金表面改性方法，涉及医用金属材料表面功能化改性技术领域。本发明首先将钛钼锆系亚稳β钛合金进行酸蚀处理，然后置于H₂O₂和H₃PO₄的混合水溶液中进行水热反应，通过控制反应条件最终制备得到表面改性的钛钼锆系亚稳β钛合金。本发明成功的将骨主要无机成分P元素掺入Ti‑Zr‑Mo系合金中，使得制备得到的钛合金材料兼具低弹性模量和高表面生物活性，且无生物毒害元素，在临床口腔修复、种植、正畸、硬组织修复等领域具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及医用金属材料表面功能化改性技术领域，特别是涉及一种钛钼锆系亚稳β钛合金表面改性方法。

背景技术

钛及钛合金因具质轻、耐腐蚀性好、生物相容性佳等优势使其广泛应用于临床口腔种植领域，但因其弹性模量(110GPa)远高于人体颌骨(10-30GPa)，易引起长期“应力屏蔽和应力刺激(Stress shielding effect)”，造成种植体根部周围骨组织吸收或萎缩；此外，钛合金中含Ni、Al、V等有害元素易引起细胞和组织毒性，导致器官损伤、骨软化、贫血和神经紊乱等并发症，以上因素均使其临床短期(5-10年)修复效果显著但远期疗效不佳。

目前，国内外学者相继先后探索开发出弹性模量较低的新一代β型钛合金，如Ti-Nb-Zr-Ta-Fe-Si、Ti-Al-V-Cr-Mo-Zr、Ti-Mo-Nb-Zr、Ti-Nb-Ta-Zr和Ti-V-Cr-Al等系列，然而多数体系中合金元素种类过多且含生物毒害元素Al、V和Ni等，不仅使合金微观形成机制和宏观性能研究复杂化，其对人体的生物安全性也受到诸多质疑[Materials Science andEngineering:A2016,665:154-160,Journal of the Mechanical Behavior ofBiomedical Materials 2017,71:329-336,Materials Science and Engineering:C2016,60:230-238]。因此，需要在低弹性模量的基础上进一步保证医用钛合金材料无生物毒性元素。近30年临床跟踪研究表明Zr元素生物相容性好，无细胞毒性，悉尼大学ColinDunstan团队发现Zr离子可通过上调骨形态发生蛋白(BMP-2)的信号表达，促进人成骨细胞的增殖与分化，呈现优异的促骨整合能力[Plos One 2015,10(1):e0113426]；Mo是人体必需微量元素之一，适量添加Mo可大幅提高生物医用合金的机械性能、生物相容性、抗腐蚀性能[Acta Biomaterialia 2009,5(1):399-405,Journal of Materials Science:Materials in Medicine 2007,18(1):149-154.]。

同时，天然骨小梁具有微/纳多级结构(无机成分为Ca和P)，其细胞外基质(ECM)亦是由纳米纤维、孔隙及隆起组成的微/纳共存结构。根据仿生学原理，对种植体改性处理而获得结构和成分均类似于天然骨的表面，是近年来钛基生物材料研究的热点之一，常见的活化改性方式有：表面生物和化学分子修饰、表面刻蚀、喷涂纳米羟基磷灰石涂层等[BioMed research international 2015,2015:791725,陈岑.钛表面构建生物活性分子与类骨磷灰石复合功能涂层.华中科技大学,2013.]。然而，将骨主要无机成分P元素掺入，进而在Ti-Zr-Mo系合金种植体表面制备出具有微米纳米多尺度磷酸钛结构涂层，目前的制备技术尚无法实现。

针对上述现状，提供一种具有微米-纳米多尺度、多种形貌结构表面的低弹性模量含磷钛合金材料，对于解决传统钛合金种植体与骨组织界面牢固结合和力学匹配以及牙种植体长期植入稳定性问题具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种钛钼锆系亚稳β钛合金表面改性方法，以解决上述现有技术存在的问题，使钛钼锆系亚稳β钛合金表面不仅具有微米-纳米多尺度、多形貌的表面形貌，且该表面多级结构上具有人体骨主要无机成分磷元素，同时材料具有较低的弹性模量、无生物毒害元素。