[发明专利]一种在医用钛或钛合金表面制备含银二氧化钛薄膜的方法

说明书

【技术领域】

本发明属于生物医用材料领域，具体涉及一种在医用钛或钛合金表面制备含银二氧化钛薄膜的方法。

【背景技术】

医用金属材料中，钛和钛合金因具有优良的耐腐蚀性、强度、韧性以及相对低廉的价格，广泛用于制造骨接板、人工关节、种植牙等硬组织植入体。但是，钛的弹性模量（约110GPa）大大高于生物骨（1-30GPa），钛植入体会造成“应力屏蔽”现象，不利于骨组织的愈合。降低钛的弹性模量的途径有两个：一是合金化，开发具有较低弹性模量的beta型或近beta型钛合金，例如西北有色金属研究院开发的TLM钛合金（Ti-25Nb-3Zr-2Sn-3Mo），弹性模量可降低到约60GPa；二是多孔化处理，空隙尺寸约几十到几百微米，使多孔钛或多孔钛合金的弹性模量更加接近生物骨，多孔结构也有利于植入体与骨组织形成牢固的界面结合。

为了改善钛及钛合金的生物相容性和骨结合性能，需要对其进行表面改性。采用物理或化学、电化学的方法在钛及钛合金表面涂覆或原位生长磷酸钙、类金刚石、二氧化钛等涂层或薄膜，可以改善钛及钛合金的耐腐蚀性、生物相容性、耐磨性等表面性能，得到更好的骨植入效果。其中，二氧化钛涂层或薄膜被证明具有优良的耐腐蚀性和生物相容性，而且具有光催化、光致亲水、抗菌性等特性。

对外科植入体而言，细菌在材料表面的粘附和繁殖会引起感染，形成的细菌界面层直接影响植入手术的成败。解决植入体感染问题的方法在植入体表面涂覆含银、含铜的抗菌涂层以及负载抗菌药物分子。银长期被认为是一种有效的抗菌材料，它具有广谱的抗菌活性并且对细胞具有较低的毒性。银也用于提高二氧化钛涂层或薄膜的抗菌性能。制备含银二氧化钛膜层的方法有：（1）磁控溅射法（如Musil J,et al.Two-functional direct current sputtered silver-containing titanium dioxide thin films.Nanoscale Res Lett,2009,4:313）。该方法属于物理气相沉积，需要昂贵的真空设备进行镀膜，而且存在视线性问题，难于在形状复杂的基体（如植入体）表面形成均匀的膜层。（2）溶胶-凝胶法（如Akgun BA,et al.Effect of silver incorporation on crystallization and microstructural properties of sol-gel derived titania thin films on glass.J Sol-Gel Sci Techn,2011,58:277）。该方法易于操作，膜层均覆性好，但涉及高温烧结过程，无法应用于一些显微结构对热敏感的钛合金（如TLM合金、钛镍合金）。（3）微弧氧化法（如Zhang P et al.Antibacterial TiO2coating incorporating silver nanoparticles by microarc oxidation and ion implantation.J Nanomater,2013:542878）。该方法采用电解液等离子体放电对钛及钛合金进行表面处理，可以得到厚度较大、表面粗糙多孔的二氧化钛膜层，但是涉及环保问题，难于用于多孔钛的表面改性。（4）紫外光照还原法（如Zhao LZ,et al.Antibacterial nano-structured titania coating incorporated with silver nanoparticles.Biomater,2011,32:5706）。该方法还原的银颗粒聚集在钛基体表面，易于脱落。

【发明内容】

本发明的目的在于提供了一种在医用钛或钛合金表面制备含银二氧化钛薄膜的简便方法，该薄膜有利于改善医用钛材料的抗菌性能和生物相容性。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种在医用钛或钛合金表面制备含银二氧化钛薄膜的方法，包括下述步骤：

1）将医用钛或钛合金采用180～1200号砂纸逐级打磨，然后分别用去离子水、无水乙醇、丙酮超声清洗，晾干；

2）将硝酸银溶液加到水热釜的内衬中，然后将内衬放入水热釜中，再将钛或钛合金试样放入水热釜内，使得钛或钛合金试样保持在溶液液面以下，设定反应温度为160-200℃，反应时间为16-24h；

3）待反应结束，水热釜温度降至室温后，取出水热釜，将水热釜中的产物洗涤后，再干燥，即在医用钛或钛合金表面得到含银二氧化钛薄膜。