本發明專利技術公開了一種蜂窩狀多孔結構二氧化鈦薄膜及其制備方法。該多孔結構二氧化鈦薄膜是以鈦基前驅體分子為構筑基元，采用呼吸圖案法以水滴為動態模板，進行表面溶膠凝膠過程制備得到的。該多孔二氧化鈦薄膜的孔徑尺寸可以在材料制備過程中通過改變試驗參數實現動態控制，如前驅體溶液濃度、混合溶劑的組成、氣體流速等。該多孔二氧化鈦薄膜相對于鈦箔具有更好的細胞相容性，可以鋪展于鈦基種植體材料表面，用于改善其生物相容性和生物活性，縮短種植體材料與人體的骨整合時間。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及一種。
技術介紹
現代科學技術的進步已使得人類能夠進行改造和創建新的生命形態，器官的人工化成為當今醫學科學的尖端技術之一。其潛在的核心是醫用生物材料的開發，醫用生物材料的發展將使人們把處理人體失去功能組織的方法由組織去除、組織替代最終實現組織重建。在醫用生物材料的應用中，人工牙、人工關節和人工骨等硬組織替代材料占有較大比例，并以較快速度增長。在人工種植體的研究和應用中，與傳統的不銹鋼和鈷基合金相比，鈦及其合金由于具有低密度、低模量、高強度、優異的生物相容性和耐腐蝕性等特點而在生物材料領域獲得越來越廣泛的應用，而且鈦在地殼中儲量豐富(O. 6%，在所有元素中排第9位，在常用金屬元素中僅次于鐵、鎂、鋁排第4位)，具有進一步開發的潛在優勢，是理想的、應用前景廣闊的生物醫學工程材料。然而，在將鈦種植體植入人體后，外科手術擾亂了人體組織和器官的正常功能，種植體常常需要幾周、甚至是幾個月的時間才能夠與人骨完成較好的骨整合。因此，為縮短種植后的愈合期，提高骨整合的效果，有關鈦表面活性化處理的研究日益得到重視。它主要包括兩個方面的內容，一是獲得能與骨形成骨性結合的活性表面，二是實現鈦表面磷灰石涂層的自生。目前，研究者們主要采用的方法為化學處理法和溶膠凝膠法。化學處理法主要是對表面進行酸化、堿化、過氧化氫氧化等化學處理，利用化學處理可在鈦表面誘發形成一層生物活性層，從而促進鈦種植體的骨性結合，提高結合強度。溶膠凝膠法是指采用溶膠凝膠法，在種植體表面沉積二氧化鈦、磷酸鈣、二氧化硅涂層。活化后的表面顯示出良好的愈合效應和骨性結合，是一個值得進行系統深入研究的領域。近年來，多孔二氧化鈦薄膜由于其較好的生物相容性、生物活性、化學穩定性及高的比表面積，常被用來修飾鈦基種植體材料，以改善其生物相容性、生物活性和傳導性。最常用的多孔二氧化鈦薄膜的合成方法是以表面活性劑或是膠體晶體為模板的溶膠凝膠法。之后會采用熱處理方法或是合適的溶劑選擇性溶解的方法除去模板。如此制備的多孔薄膜孔徑尺寸固定為模板的尺寸，整個過程復雜、耗錢、耗時。研究者們亟需尋找一種更簡單、通用的制備多孔薄膜涂層的方法。呼吸圖案法是一種非常有前景的、制備具有規則六邊形孔陣列多孔薄膜的自組織方法。該方法的要點是有機溶劑蒸發引起的冷凝以及之后的水滴模板的形成。自從1994年Widawski等人首次使用呼吸圖案法制備出聚苯乙烯-聚苯撐嵌段共聚物的有序多孔薄膜，該方法便成為了材料科學領域的一個重要的研究熱點。目前，均聚物、共聚物、兩親共聚物、金屬納米粒子、小分子等多種物質已經被用作構筑基元，制備尺寸在50納米到20微米之間的多孔薄膜。呼吸圖案法以其低消耗、操作簡便、可大面積制備等優點為多孔薄膜的制備領域帶來了新的希望。至今還沒有關于使用呼吸圖案法制備蜂窩狀多孔結構二氧化鈦涂層種植體材料方面的披露。
技術實現思路
本專利技術目的在于提供一種可應用于鈦基種植體表面修飾的、尺寸可調控的、生物相容性的蜂窩狀多孔結構二氧化鈦薄膜及其制備方法。本專利技術所提供的蜂窩狀多孔結構二氧化鈦薄膜是以鈦基前驅體分子為構筑基元，采用呼吸圖案法以水滴為動態模板，進行表面溶膠凝膠過程制備得到。具體方法包括如下步驟I)將鈦基前驅體溶液涂布在基底表面；2)對所述步驟I)的溶液表面吹拂具有一定濕度的潮濕氣流，直至溶液中的水和 有機溶劑全部揮發，得到蜂窩狀多孔薄膜；3)將所述步驟2)中所得多孔薄膜在室溫下陳化；4)將所述步驟3)中陳化后的多孔薄膜在高溫下煅燒，得到具有特定晶型的二氧化鈦多孔薄膜。上述步驟I)中，所述鈦基前驅體選自以下鈦的醇鹽和無機鹽中的一種或是多種組合，如四氯化鈦、鈦酸四丁酯、鈦酸異丙酯、鈦酸四乙酯。所述鈦基前驅體溶液中使用的溶劑為氯仿或甲苯和氯仿的混合溶劑；所述混合溶劑中甲苯的體積含量為0-60%，優選5-40%。所述鈦基前驅體溶液的濃度為2-12mg/mL,優選4-10mg/mL。上述步驟I)中，制成所述基底的材料具體可選自下述任意一種玻璃蓋玻片、硅片、鋁箔、錫箔、鈦箔、云母、PET膜和PS膜。所述基底材料的形狀為平板、凹凸不平的基面、圓柱狀或是不規則形狀的表面。上述步驟2)中，所述潮濕氣流的濕度為41-92%，優選50-70%。所述潮濕氣流的氣流速度為 50-400mL/min，優選 200_400mL/min。上述步驟2)中，所述蜂窩狀多孔薄膜的孔徑尺寸為4_13μπι，由無定形的二氧化鈦組成。上述步驟3)中，所述室溫陳化的陳化時間為O. 5_96h，優選24_48h。上述步驟4)中，所述高溫煅燒的煅燒溫度為400_600°C，優選450_550°C。所述高溫煅燒的煅燒時間為l_4h，優選2-3h。本專利技術所制備的二氧化鈦多孔薄膜為銳鈦礦晶相，具有蜂窩狀多孔結構。本專利技術具有如下有益效果I)本專利技術首次采用小分子金屬有機化合物為構筑基元，通過呼吸圖案法制備得到大面積的、孔徑尺寸分布均勻的多孔薄膜材料。2)本專利技術可以在材料制備過程中改變溶液中的前驅體溶液濃度、混合溶劑的組成、氣體流速，實現對多孔薄膜孔徑尺寸的動態控制。3)本專利技術制備得到的蜂窩狀多孔二氧化鈦薄膜相對于鈦箔具有更好的生物相容性，可以鋪展于鈦基種植體表面，改善其細胞相容性和生物活性。附圖說明圖I為實施例I制備的無定形的二氧化鈦多孔薄膜掃描電鏡照片。圖2為實施例I制備的銳鈦礦晶相的二氧化鈦多孔薄膜掃描電鏡照片。圖3為實施例I制備的二氧化鈦多孔薄膜的XRD譜圖。曲線a為高溫煅燒前的多孔薄膜的電子衍射圖譜，曲線b為高溫煅燒后的多孔薄膜的電子衍射圖譜。圖4為實施例I制備的煅燒后的二氧化鈦多孔薄膜對小鼠胚胎成纖維細胞的細胞毒性測試。(A)為煅燒后的二氧化鈦多孔薄膜，(B)為鈦箔對照樣，(C)為玻璃基底對照樣。具體實施例方式下面將結合實施例及附圖對本專利技術進行詳細描述，以便于本領域技術員理解和實施本專利技術，并進一步認識本專利技術的優點。·除非在本專利技術說明書中另有定義，否則在此所有的技術術語都是根據本領域一般技術人員所通常使用和理解的慣用定義來使用。下述實施例中所述實驗方法，如無特殊說明，均為常規方法；所述試劑和材料，如無特殊說明，均可從商業途徑獲得。實施例I、制備具有生物相容性的蜂窩狀多孔二氧化鈦薄膜I)配制6mg/mL鈦酸四丁酯溶液，溶劑為甲苯和氯仿混合溶劑，其中甲苯的體積含量為6%,將該溶液涂布在干凈的蓋玻片上。2)在步驟I)所得表面吹拂濕度為68%，氣速為250mL/min的潮濕氣流，Imin后得到白色的薄膜，其微觀結構如圖I所示，所得薄膜具有均勻的蜂窩狀多孔結構，平均孔徑尺寸為6. I μ m。3)將步驟2)所得多孔薄膜在室溫下陳化48h。4)將步驟3)所得多孔薄膜在馬弗爐中煅燒，煅燒溫度為450°C，煅燒時間為2. 5h。煅燒后的多孔薄膜如圖2所示，蜂窩狀多孔結構得到了很好的保持，但相比于煅燒前，其孔壁略微變薄，這是由于其在煅燒過程中發生進一步的縮聚反應造成的。通過上述步驟的制備過程，可以得到大面積的、有序的多孔薄膜。使用X射線衍射儀分別得到上述步驟2)和4)所得材料的XRD譜圖，如圖3所示，其中曲線a是上述步驟2)中所得多孔薄膜的XRD譜圖，曲線b是上述步驟4)中所得多孔薄膜的XRD譜圖，煅燒前的多孔薄膜為無定形的二氧化鈦，而煅燒本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種制備蜂窩狀多孔結構二氧化鈦薄膜的方法，包括下述步驟：1)將鈦基前驅體溶液涂布在基底表面；2)向步驟1)的鈦基前驅體溶液表面吹拂潮濕氣流，直至溶液中的水和有機溶劑全部揮發，得到蜂窩狀多孔薄膜；3)將步驟2)中所述蜂窩狀多孔薄膜在室溫下陳化；4)將步驟3)得到的陳化后的多孔薄膜在高溫下煅燒，得到所述蜂窩狀多孔結構二氧化鈦薄膜。
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：李峻柏，李紅，
申請(專利權)人：中國科學院化學研究所，
類型：發明
國別省市：
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