[发明专利]一种磁性TiO2生物活性涂层的微弧氧化制备方法

说明书

本发明公开了一种磁性TiO₂生物活性涂层的微弧氧化制备方法，在空气环境下，取含钙盐、磷盐以及铁盐的电解液，调节电解液的pH值为5.0‑5.3，以钛或钛合金为阳极，不锈钢为阴极，采用脉冲电源对钛或钛合金进行微弧氧化处理，同时维持电解液温度在5‑25℃，处理时间1‑8min，即在钛或钛合金表层生成磁性TiO₂生物活性涂层。采用本发明工艺能制备出具有磁性的(Ms为0.2696‑1.101emu/g)生物活性良好的TiO₂磁性涂层。

技术领域

本发明涉及钛和钛合金构件的表面改性领域，具体涉及一种磁性TiO₂生物活性涂层的微弧氧化制备方法。

背景技术

钛及钛合金因其优异的力学性能、耐腐蚀性以及生物相容性，目前在硬组织植入材料中应用较为广泛。但它同时也具有生物惰性，在植入后，无法与植入体组织进行化学与生物学上的骨性结合限制了其在生物体植入方面更为广泛的的应用。而含钙、磷元素的生物陶瓷因其骨相容性成为骨组织再生的一种潜在的生物活性材料，因此在钛及其合金表面沉积一层含钙、磷的生物陶瓷涂层是一种有效提高钛及其合金生物活性的方法。磁场对生物系统的影响已经成为近几年的热门话题。磁场能够影响骨修复的过程，能够阻止骨的矿物质损失，促进治疗骨愈合。研究发现中等强度的磁场能够促进成骨细胞的生物矿化过程，中等强度的磁场能够促进细胞的贴附增殖分化，同时影响细胞在材料表面的迁移和取向，以及改变细胞膜上面离子的运输通道。磁场不仅影响前期的生物矿化行为，对后期的成骨基因和蛋白的表达也会产生影响。因为后期蛋白的生成与前期生物的矿化成正比。目前磁性硬组织植入材料的常见制备方法分为两种：其一，将已经制备好的支架材料浸泡在含有磁性粒子的溶液里面，使磁性粒吸附在材料表面；其二，将磁性粒子与其它物质复合在一起，通过共混或者静电纺丝来直接制备含有磁性粒子的支架。这些依靠物理吸附制备的硬组织工程支架，粒子与基材的结合力弱，在植入后会引发颗粒在体内释放造成细胞的免疫排斥等问题，限制了磁性硬组织材料的实际的临床应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种磁性TiO₂生物活性涂层的微弧氧化制备方法，以克服上述现有技术存在的缺陷，本发明采用微弧氧化技术，制备了磁性TiO₂生物活性涂层，解决目前制备方法制备的磁性硬组织植入材料植入后的细胞毒性以及后期粒子释放等的问题，在保证涂层结合力和强度的同时，使得涂层具有一定的顺磁性。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种磁性TiO₂生物活性涂层的微弧氧化制备方法，在空气环境下，取含钙盐、磷盐以及铁盐的电解液，调节电解液的pH值为5.0-5.3，其中钙盐、磷盐以及铁盐的摩尔比为10:1:(0.125-0.625)，然后以钛或钛合金为阳极，不锈钢为阴极，采用脉冲电源对钛或钛合金进行微弧氧化处理，同时维持电解液温度在5-25℃，处理时间1-8min，即在钛或钛合金表层生成磁性TiO₂生物活性涂层。

进一步地，电解液中钙盐的浓度为0.2mol/L。

进一步地，所述的钙盐为乙酸钙、氯化钙、硝酸钙中的任一种。

进一步地，所述的磷盐为β-甘油磷酸钠、磷酸钠、磷酸氢钠中的任一种。

进一步地，所述的铁盐是EDTA铁钠、FeCl₃、FeCl₂中的任一种。

进一步地，采用弱酸溶液调节电解液的pH值。

进一步地，所述的弱酸是乙酸、碳酸、磷酸中的任一种。

进一步地，所述的脉冲电源的电压为400V–550V、频率为100－500Hz、占空比为7.5-60％。

进一步地，阴极和阳极之间的间距为3-8cm。