[发明专利]金属表面刻蚀纳米孔阵列的制备方法及其用途

说明书

技术领域

本发明涉及一种新型植入材料及其制备方法和应用，具体地说，是一种钛表面TiO₂纳米孔阵列结构的应用及其制备方法。

背景技术

生物医用材料是指以医疗为目的，用于与活体组织接触并能实现某种功能的无生命材料（国际标准化组织ISO, 1987.10）。深入研究植入材料与人体的相互作用及由此产生的材料反应和宿主反应是研制理想生物医用材料的前提和必要条件。材料表面与受面组织细胞的相互作用是骨种植体材料临床应用效果好坏、治疗成功与否的关键性因素之一。材料表面特性影响组织细胞的黏附和生长，还将进一步影响细胞的增殖、分化和凋亡等一系列生理过程。

钛作为医用人体硬组织植入材料已获得广泛应用，生物相容性较好，且能行使比较理想的生物学功能。但钛是一种惰性材料，它的结构和性质与骨组织相差较大，不能象生物相容性好的材料那样可以与骨组织发生生物化学性结合。钛与骨组织之间仅为机械性骨整合，植入骨组织后失败的根本原因也在于此。已有的研究结果提示，植入材料表面修饰是解决这一难题的主要方法。近年来，纳米材料因其结构的特殊性，表现出许多不同于传统材料的物理、化学和生物性能，已被成功地应用于医学领域中。在口腔学、骨科学和整形外科学领域，钛种植体表面纳米化处理技术也有研究和应用的报道，对纯钛表面进行纳米形貌结构的修饰提高其生物相容性，已成为生物材料的前沿研究领域。纳米TiO₂薄膜是一种功能性薄膜，在医学领域也有较广阔的应用前景。纳米TiO₂薄膜的制备方法很多，主要有液相制备方法、物理制备法、化学气相沉积法和电化学方法等，其中，阳极氧化法是制备钛表面纳米TiO₂薄膜最经济、最常用的方法之一。

毋庸置疑，钛作为目前最常用的骨种植体材料，其表面粗糙法是其表面处理研究的主流方向，纳米技术是目前表面处理的热点技术之一，美国航空航天管理局（NASA）对纳米技术的定义为：通过对纳米尺度的控制（1-100nm）,创造出具有新型功能的材料、装置和系统，开发出材料的新现象和新性质（包括物理、化学和生物性质）。而纳米技术材料既可以是由纳米物质组成的材料，也可以是具有纳米结构表面的材料。目前常用的种植体表面纳米处理方法有物理压缩法、分子自组装技术、纳米颗粒沉积法、激光刻蚀法、纳米生物模拟法等，但是这些传统方法具有表面结构不均匀、易脱层、操作复杂等缺点。同时，不同的纳米尺度及形貌对细胞产生截然不同的影响，因此探索及研发有利于提高骨种植体成功率的纳米形貌是研究的方向之一。

在钛表面用阳极氧化法制备TiO₂纳米管阵列的方法已经有较多的研究报道，有体外研究证明，采用电化学阳极氧化法在钛表面制备特定尺度和形貌的TiO₂纳米管阵列层，能够不同程度地影响成骨细胞黏附、增殖与分化能力。钛表面不同纳米化修饰对细胞生物行为的影响由钛表面生物材料与细胞间的相互作用决定，其影响因素是材料的表面特征，包括表面形貌、表面能、表面电荷和表面成分及其化学状态。细胞与钛植入材料间的相互作用仅仅发生于组织与钛的界面上，所以钛表面特征在这一相互作用中发挥了至关重要的作用，即钛表面的性质及其与组织接触过程中的变化是影响细胞-钛相互作用的关键因素。目前TiO₂纳米管的制备方法主要包括模板合成法、水热合成法和阳极氧化法三种。虽然模板法能够制备不同尺寸的TiO₂纳米管，通过调节工艺参数来控制Al₂O₃模板的孔径尺寸，但模板合成法很难合成直径较小的纳米管，并且管壁粗糙；水热合成法虽然操作比较简单，而且可以制得管径较小的TiO₂纳米管，但纳米管的特征却较大程度依赖于原料TiO₂微粒的尺寸和晶相，并且纳米管阵列不整齐；而阳极氧化法可以通过改变工艺条件来制备不同尺寸且光滑有序的纳米管，其最佳的合成条件还有待于进一步探索。