[发明专利]钛表面铁钛石型氧化物/二氧化钛生物涂层的制备方法

说明书

本发明提供一种钛表面铁钛石型氧化物/二氧化钛生物涂层的制备方法，以可溶性强碱溶液为反应液，对经微弧氧化的试样进行水热处理，得到纳米碱式钛酸/二氧化钛生物涂层；以可溶性铁盐溶液为反应液，对以上处理过的试样进行二次水热处理，得到磁性铁钛石型氧化物/二氧化钛生物涂层；本发明可在钛及其合金表面形成铁钛石型氧化物几何构型可控、含量可控、涂层结合强度高的磁性铁钛石型氧化物/二氧化钛生物复合涂层，且其对细胞的响应情况较好。

技术领域

本发明属于生物领域本，涉及钛及其合金表面处理及细胞响应技术，具体涉及一种钛表面铁钛石型氧化物/二氧化钛生物涂层的制备方法。

背景技术

钛及其合金具有良好的生物相容性和机械加工性能被广泛应用于骨组织修复及替换，但钛为生物惰性材料，无法与骨组织化学结合，也没有促进新骨组织形成的能力，需要进行表面生物活化改性。骨组织主要由胶原纤维及充塞于纤维束及细胞间的基质组成，呈纳米纤维形态，成骨相关细胞对此结构组态呈独特的响应。

研究表明，纳米纤维的尺度、间距和取向强烈地正面或负面影响了细胞的附着、功能表达，即使是生物惰性材料(如聚合物)，一定的三维纳米纤维网络亦能显著促进成骨细胞附着、繁殖、基因表达及组织形成。实验表明，钛酸钠纳米纤维一定程度上可促进成骨细胞的增值、分化，提高其表面的新骨形成能力。钛合金经热碱处理后，表面可生长出钛酸钠纳米纤维层，但该涂层不能牢固附着在钛合金基体上，采用划痕法评价膜基结合强度，涂层发生剥落的临界载荷小于5mN。

另外，Fe作为一种维持人体正常生命活动的元素，掺杂之后新相Fe₂TiO₅是一种电磁性材料，具有亚铁磁性。据报道，磁场可促进骨髓间充质干细胞的增殖和分化，促进生长因子的表达，促进新骨形成和骨整合。因此，若在微弧氧化涂层上构建铁钛石型氧化物/二氧化钛生物活性涂层，则可实现促进植入早期钛种植体与宿主骨形成骨性结合同时，满足种植体表面涂层的力学性能要求。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种高结合强度的钛表面铁钛石型氧化物/二氧化钛生物涂层的制备方法，提高钛及其合金表面的综合生物学性能并探讨磁性对于细胞响应的影响。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

钛表面铁钛石型氧化物/二氧化钛生物涂层的制备方法：

首先，以可溶性强碱溶液为反应液，对经微弧氧化的试样进行水热处理，在涂层表面生长出纳米纤维、纳米针或纳米片；

其次，以可溶性铁盐溶液为反应液，对以上处理过的试样进行二次水热处理，得到几何构型可控、含量可控、涂层结合强度高的磁性铁钛石型氧化物/二氧化钛生物涂层。

进一步，所述可溶性铁盐为氯化铁、氯化亚铁其中一种或其复配。

进一步，一次水热处理过程中强碱浓度为0.5M-2M；二次水热处理过程中可溶性铁盐浓度0.01M-0.2M。

进一步，一次水热处理时反应温度150-250℃，时间4-24h；二次水热处理过程中反应温度50-100℃，时间15min-6h。

进一步，微弧氧化处理时，以0.2M的乙酸盐和0.02M的β-甘油磷酸二钠盐水溶液为电解液，对钛及其合金进行微弧氧化处理，得到均匀分布的微孔涂层，其中微孔直径为1～2μm；脉冲电压300V-480V、频率50-500Hz、占空比7.5-26％，处理时间1-3min。

进一步，所述可溶性强碱为氢氧化钠或氢氧化钾其中一种或其复配。

本发明还具有如下优点：