一種具有微納分級通透性的鈦表面材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及口腔種植及口腔頒面部贗復體修復領(lǐng)域，更具體地講，涉及鈦表面形成微納分級通透性結(jié)構(gòu)的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前認為鈦表面結(jié)構(gòu)需具有微一納分級，規(guī)則有序，有一定的粗糙度及親水性。此夕卜，在生物學的角度上，具有一定通透性的表面互穿結(jié)構(gòu)可以促進細胞間的新陳代謝及體液交換，從而有利于材料表面的骨整合。
[0003]主流種植體的表面形貌特點簡要介紹:
ITI于2005年提出的SLActive技術(shù)，即在氮氣保護下，250-500 μ m AL2O3大顆粒噴砂+ 125-1300C HCI + H2SO4酸蝕5min，形成表面具有超親水性的微米、亞微米級表面結(jié)構(gòu)。缺點:該結(jié)構(gòu)未形成納米級結(jié)構(gòu)，且有文獻報道超親水性及超疏水性都會對細胞與材料表面的結(jié)合產(chǎn)生負面影響(Alison G Harvey, Ernie W Hill, Ardeshir Bayat, et al.Designing implant surface topography for improved b1compatibility.Expert Rev.Med Devices 2013，10 (2)，257-267)，該結(jié)構(gòu)無連通性，不利于細胞間的物質(zhì)交換及新陳代謝。
[0004]Nobel采用陽極氧化方法對于種植體表面進行處理:硝酸鈉甲醇溶液為電解液，小于800°C和小于2h氧化處理得到不同厚度和不同Ti/Ο比的無定形T12，經(jīng)熱處理轉(zhuǎn)化成銳鈦礦型的Ti02。缺點:該結(jié)構(gòu)未形成微納分級結(jié)構(gòu)，且各個納米孔無連通性，不利于細胞間的物質(zhì)交換及新陳代謝。
[0005]有研宄通過陽極氧化+酸蝕的方法得到具有分級多孔的海綿狀結(jié)構(gòu)，該材料具有 2-6μηι / 1-1OOnm 的表面形貌，其氧化膜厚度在 550nm (Pinliang Jiang，LongxiangLin， Fan Zhang， et al.Electrochemic al construct1n of micro-nano spongelikestructure on titanium substrate for enhancing corros1n resistance andb1activity.Electrochimica Acta 2013，107:16-25)，缺點:該結(jié)構(gòu)表面微米孔徑過小，且表面氧化層薄，表面銳利，不利于成骨細胞粘附。且試驗條件復雜、苛刻，可重復性差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于，提供一種使得種植體表面形貌微納分級、規(guī)則有序并具有通透性結(jié)構(gòu)的噴丸、酸蝕、堿化熱處理的復合工藝。
[0007]本發(fā)明的第二個目的在于提供具有微納分級通透性表面形貌的種植體。
[0008]為實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明公開以下技術(shù)方案:一種具有微納分級通透性的鈦表面材料制備方法，其特征在于，包括如下步驟:
(1)噴丸:噴丸角度為45°— 60°，工作距離為1.5?11，運用直徑400 4111的5丨02球?qū)︹伷瑖娡?0 - 50s形成表面粗化，壓力為0.4-0.5MPa ；
(2)酸蝕:應用HCL和H2SO^80°C下對粗化表面酸蝕30 — 60min，去除表面雜質(zhì)； (3)堿化熱處理:將步驟(2)獲得的鈦片在80°C下應用5mol/L NaOH進行堿化熱處理2 — 6小時，得到具有微納分級、規(guī)則有序的通透性表面形貌。
[0009]作為一個優(yōu)選方案，步驟(I)中噴丸時間為40s，壓力為0.5MPa。
[0010]作為一個優(yōu)選方案，步驟(2)中HCL濃度為5.8mol/L，H2SO4濃度為8.96mol/Lo
[0011]作為一個優(yōu)選方案，步驟(2)中酸蝕時間為30min。
[0012]作為一個優(yōu)選方案，步驟(3)中堿化熱處理時間為4小時。
[0013]為實現(xiàn)本發(fā)明第二個目的，本發(fā)明提供利用上述方法制備獲得的具有微納分級通透性表面形貌的種植體。
[0014]本發(fā)明的優(yōu)點在于:(I)成骨細胞的直徑為20-40 μ m，噴丸形成了 40μπι左右的微米級結(jié)構(gòu)單元有利于成骨細胞的鋪展，此外，本發(fā)明運用臺式噴丸機進行固定角度，固定工作距離，固定壓力及時間的噴丸，大大提高噴丸效果和可重復性及產(chǎn)率；(2)本發(fā)明運用雙酸酸蝕，可以很好的去除噴丸殘留的雜質(zhì)、形成亞微米級的孔洞，且酸蝕過程在80°C進行，減少了酸的揮發(fā)及噴濺，大大降低了工業(yè)生產(chǎn)中的風險；(3)本發(fā)明通過堿化熱處理方法，在微米一亞微米結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上形成納米級的互穿結(jié)構(gòu)，從而得到微納分級、規(guī)則有序的通透性表面形貌，該步驟工序簡單，控制方便，安全性高，有利于大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)；(4)本發(fā)明提供的噴丸、酸蝕、堿化熱處理的復合工藝，提高了種植體的生物相容性，增強與骨組織的結(jié)合力，加快了骨整合。
【附圖說明】
[0015]圖1表示噴丸后完成表面粗化。
[0016]圖2表示噴丸、酸蝕后純鈦表面形成直徑40-60 μm的微米級結(jié)構(gòu)單元。
[0017]圖3表示接種24小時的成骨細胞完全鋪展于微米級孔洞內(nèi)并且偽足充分伸展。
[0018]圖4表示高倍下觀察噴丸酸蝕后的純鈦表面形貌，其形貌規(guī)則，表面酸蝕均勻且充分。
[0019]圖5為材料表面成分分析。
[0020]圖6表示在噴丸、酸蝕基礎(chǔ)上，將鈦片進行堿化熱處理后得到具有微納分級、規(guī)則有序的通透性表面形貌。
[0021]圖7表示噴丸、酸蝕、堿化熱處理后高倍下可見寬片狀互穿網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。
[0022]圖8為工藝流程圖。
[0023]圖9 MTT實驗檢測不同鈦片表面細胞增殖能力，Control略優(yōu)于實驗組，但無顯著差異。
[0024]圖10鋪展2h各組鈦片表面的細胞形貌，SLA + HT組鋪展細胞數(shù)及偽足數(shù)最多，細胞伸展最為充分。
[0025]圖11鋪展24h各組鈦片表面的細胞形貌，SLA + HT組鋪展細胞數(shù)及偽足數(shù)最多，細胞伸展最為充分并連接成片。
[0026]圖12分別在Id和4d對各組鈦片表面ALP活性進行檢測，SLA+HT組的鈦片表面能夠增強成骨細胞的ALP活性。
[0027]圖13 Real 一 time PCR在4d、7d和14d對各組鈦片表面成骨相關(guān)基因的表達進行檢測，SLA+HT處理的鈦片表面可以促進成骨細胞中成骨相關(guān)基因的表達。
【具體實施方式】
[0028]下面結(jié)合具體實施例，進一步闡述本發(fā)明。下述實施例中所使用的實驗方法如無特殊說明，均為常規(guī)方法。下述實施例中所用的材料、試劑等，如無特殊說明，均可從商業(yè)途徑得到。應理解，這些實施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。
[0029]實施例1.圖8為本發(fā)明的工藝流程圖。
[0030]首先，在噴丸角度:50°，工作距離為1.5cm，運用400 μm直徑S12球?qū)︹伷瑖娡?0s，壓力為0.5MPa，完成表面粗化(如圖1)。
[0031]其次，應用5.8mol / L HCL+ 8.96mol / L &504在80°0下對粗化表面酸蝕30min，去除表面雜質(zhì)。圖2所示噴丸、酸蝕后純鈦表面形成直徑40-60 μπι的微米級結(jié)構(gòu)單元，而接種24小時的成骨細胞可以完全鋪展于微米級孔洞內(nèi)并且偽足充分伸展(如圖3)。圖4為高倍下觀察噴丸酸蝕后的純鈦表面形貌，其形貌規(guī)則，表面酸蝕均勻且充分，對于該表面進行成分分析，無雜質(zhì)殘留(如圖5