一種摻硅羥基磷灰石納米纖維生物活性涂層的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
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[0001]本發(fā)明涉及一種摻硅羥基磷灰石納米纖維生物活性涂層的制備方法，適用于鈦和鈦合金構(gòu)件的表面改性，并可顯著改善鈦及其合金的生物活性。
【背景技術(shù)】
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[0002]鈦及其合金具有高的強韌性、耐蝕性及良好的生物相容性被廣泛應(yīng)用于硬組織植入及替換領(lǐng)域。然而，鈦及其合金為生物惰性材料，在植入體內(nèi)，它們沒有與骨組織形成化學(xué)鍵從而進行化學(xué)結(jié)合，而只是被纖維結(jié)締組織膜所包圍，以至于在植入早期不能和人體宿主骨形成良好的骨性結(jié)合，需要進行表面活化改性。研究表明:硅酸鈣生物陶瓷具有較好的生物相容性和生物活性，但其降解速度太快，與新骨形成速度不能匹配，但其中的硅離子卻在促進新陳代謝，膠原合成以及骨組織礦化過程中發(fā)揮了重大作用;羥基磷灰石生物陶瓷具有優(yōu)良的生物相容性，對生物體無毒、無刺激性，且與人體自然骨和牙齒等硬組織中的無機質(zhì)化學(xué)成分相似。又知人體自然骨組織為納米纖維結(jié)構(gòu)，因此本課題在金屬鈦表面構(gòu)建了表層為摻硅羥基磷灰石納米纖維生物活性涂層，內(nèi)層為含鈣、磷的多孔二氧化鈦的復(fù)合涂層，來提高鈦表面的生物活性，達到促進鈦種植體植入早期與宿主骨形成牢固結(jié)合的目的。目前，可在鈦和鈦合金表面形成硅酸鈣涂層的技術(shù)包括:物理氣相沉積法，化學(xué)氣相沉積法，等離子噴涂法、溶膠凝膠法等。其中，物理和化學(xué)氣相沉積法所制備的膜層都存在殘余應(yīng)力，而殘余應(yīng)力過高是導(dǎo)致薄膜或涂層開裂或剝落的主要原因；等離子噴涂法設(shè)備復(fù)雜，成本較高，且制備涂層的形貌與自然骨組織不一致。上述技術(shù)存在著鈦及其合金與涂層之間的結(jié)合強度差以及涂層形貌與自然骨組織不匹配的缺點，不能滿足植入體長時間在生物體內(nèi)服役的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

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[0003]本發(fā)明的目的在于克服上述技術(shù)的缺點，采用微弧氧化法及水熱法復(fù)合工藝，通過調(diào)整水熱反應(yīng)溶液、溫度、時間，提供了一種摻硅羥基磷灰石納米纖維生物活性涂層的制備方法。
[0004]為達到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案來實現(xiàn)的:
[0005]—種摻硅羥基磷灰石納米纖維生物活性涂層的制備方法，在空氣環(huán)境下，以水為溶劑，在由鈣鹽、甘油磷酸二鈉鹽組成的電解液中，以鈦或鈦合金試樣為陽極、不銹鋼為陰極，采用脈沖電源在電壓為350V-500V、頻率為50-500ΗΖ、占空比為10-60%、陰陽極板間距為8-12cm的條件下對鈦或鈦合金試樣進行微弧氧化處理，維持電解液溫度在5-15°C，處理時間l-5min，即可在鈦或鈦合金試樣表層制備出多孔含鈣的T12生物活性涂層；
[0006]然后利用水熱法，將微弧氧化后的鈦或鈦合金試樣置于盛有可溶性硅酸鹽和強堿混合液的高溫高壓反應(yīng)釜內(nèi)，在200-240°C下，反應(yīng)4-24h，得到摻硅羥基磷灰石納米纖維生物活性涂層。
[0007 ]本發(fā)明進一步的改進在于，電解液中的鈣鹽濃度0.1 -0.5mo I /L，β-甘油磷酸二鈉鹽的濃度0.02-0.06mol/L。
[0008]本發(fā)明進一步的改進在于，所述鈣鹽為乙酸鈣、氯化鈣、硝酸鈣中一種或多種的組入口 ο
[0009]本發(fā)明進一步的改進在于，可溶性硅酸鹽濃度是0.03125-0.04170mol/L，強堿濃度范圍是0.5~2.0mo I/L。
[0010]本發(fā)明進一步的改進在于，所述可溶性硅酸鹽為硅酸鈉、硅酸鉀中一種或兩者的組合。
[0011]本發(fā)明進一步的改進在于，所述強堿為氫氧化鈉、氫氧化鉀中一種或兩者的組合。
[0012]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的優(yōu)點:
[0013]本發(fā)明利用微弧氧化技術(shù)和水熱法技術(shù)二者的結(jié)合，制備出的納米纖維涂層與基體間臨界載荷高達30N，克服了現(xiàn)有技術(shù)制備出的涂層結(jié)合強度差，易脫落的問題；同時又能夠賦予制備出的材料具有納米纖維等特定的形貌(如圖2所示)。
[0014]綜上所述，采用本發(fā)明制備的摻硅羥基磷灰石納米纖維生物活性涂層具有納米纖維結(jié)構(gòu)，與人體自然骨組織結(jié)構(gòu)相匹配，其生物活性優(yōu)于鈦及其合金；同時其中的硅元素對成骨細胞的增殖、分化有一定的作用。
【附圖說明】
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[0015]圖1為本發(fā)明制備的摻硅羥基磷灰石納米纖維生物活性涂層的XRD譜圖；
[0016]圖2本發(fā)明制備的摻硅羥基磷灰石納米纖維生物活性涂層的SEM圖片；
[0017]圖3(1)為涂層纖維的TEM照片，圖3(2)為圖3(1)中圓環(huán)區(qū)域的元素種類及含量示意圖，圖3(3)為圖3(1)中圓環(huán)區(qū)域的衍射花樣圖。
【具體實施方式】
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[0018]下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明。
[0019]實施例1:
[0020]第一步:在鈣離子濃度為0.lmol/L的硝酸鈣和乙酸鈣混合溶液中加入0.01mol/L的甘油磷酸二鈉鹽構(gòu)成電解液，以鈦為陽極、不銹鋼為陰極，采用脈沖電源在電壓為500V、頻率為100Hz、占空比為10%、陰陽極板間距為12cm的條件下對鈦進行微弧氧化處理，處理時間為I分鐘，保持電解液的溫度在15°C，可在鈦表面形成強結(jié)合的含Ca、P的多孔T12涂層；
[0021 ] 第二步:將第一步所制備的樣品在0.04170mol/LNa2Si03和2.0mo I/LNaOH的混合溶液中，200°C條件下保溫24h，即可在其表面生成摻硅羥基磷灰石納米纖維生物活性涂層。
[0022]實施例2:
[0023]第一步:在由0.5mol/L的氯化鈣和0.05moVL的β-甘油磷酸二鈉鹽的復(fù)合溶液構(gòu)成的電解液中，以鈦為陽極、不銹鋼為陰極，采用脈沖電源在電壓為350V、頻率為500Hz、占空比為60%、陰陽極板間距為6cm的條件下對鈦進行微弧氧化處理，處理時間5分鐘，保持電解液的溫度在5°C，可在鈦表面形成強結(jié)合的含Ca、P的多孔T12涂層；
[0024]第二步:將第一步所制備的樣品在0.03125mol/LK2Si03和2.0mo I/LKOH的混合溶液中，220°C條件下保溫6h，即可在其表面生成摻硅羥基磷灰石納米纖維生物活性涂層。
[0025]實施例3:
[0026