一種純鈦微弧氧化涂層及其應(yīng)用制造技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種純鈦微弧氧化涂層及其應(yīng)用。本發(fā)明專利技術(shù)所提供的純鈦微弧氧化涂層由基體，以及與所述基體結(jié)合的表面多孔的氧化膜組成；所述基體為鈦；所述氧化膜為含有硅元素和鈣元素的銳鈦礦型二氧化鈦；所述硅元素在所述氧化膜中的質(zhì)量百分含量為2.2%；所述鈣元素在所述氧化膜中的質(zhì)量百分含量為1.5%。實(shí)驗(yàn)證明，與純鈦基體相比，本發(fā)明專利技術(shù)所提供的純鈦微弧氧化涂層具有更強(qiáng)的細(xì)胞相容性，培養(yǎng)7天時(shí)，作為對(duì)照的純鈦基體表面細(xì)胞的增殖率僅為0.713，而本發(fā)明專利技術(shù)所提供的純鈦微弧氧化涂層表面細(xì)胞的增殖率可高達(dá)1.172。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及一種純鈦微弧氧化涂層及其應(yīng)用。
技術(shù)介紹
鈦及其合金是應(yīng)用最廣泛的骨組織替代材料，因?yàn)槠渚哂辛己玫膹?qiáng)度、韌性和生物相容性，但是其生物活性及骨誘導(dǎo)性能較差。對(duì)鈦合金表面改性可以提高其表面的生物活性，常用的改性方法有等離子噴涂、電化學(xué)沉積、溶膠凝膠等。微弧氧化(Microarcoxidation, MAO)又稱微等離子體氧化(Microplasmaoxidation, ΜΡ0)，是 一種是通過電解液與相應(yīng)電參數(shù)的組合，在鋁、鎂、鈦及其合金表面依靠弧光放電產(chǎn)生的瞬時(shí)高溫高壓作用，生長(zhǎng)出以基體金屬氧化物為主的陶瓷膜層的新技術(shù)，由于其制備方法簡(jiǎn)單，膜基結(jié)合度高，成本低、可在復(fù)雜材料上均勻制備涂層，同時(shí)可引入對(duì)生物活性有益的微量元素等優(yōu)點(diǎn)而廣受關(guān)注。鈣是人體內(nèi)最豐富的礦物質(zhì)，參與人體整個(gè)生命過程，是人體生命之本。對(duì)骨骼的生長(zhǎng)發(fā)育起著重要作用，可謂骨骼健康的基石。鈣元素在人體生理代謝中，擔(dān)負(fù)著信使的重任，幾乎參加與所有細(xì)胞活動(dòng)中。鈣元素直接調(diào)節(jié)神經(jīng)和肌肉的興奮性。下它在人體中起著自身所能支持的各種作用。硅在水中呈偏硅酸形態(tài)被人體吸收，主要分布于人體皮膚及結(jié)締組織之中，在骨骼化過程中具有生理上的作用，促進(jìn)骨骼發(fā)育生長(zhǎng)。硅還參與多糖的代謝，是構(gòu)成一些葡萄糖氨基多糖羧酸的主要成分。硅與心血管病有關(guān)，人如缺硅，可引起關(guān)節(jié)炎、動(dòng)脈硬化、冠心病等心血管病。目前尚未有在微弧氧化涂層中引入S1、Ca元素的報(bào)道，更沒有將這種涂層用于細(xì)胞相容性研究的報(bào)道。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的是提供一種純鈦微弧氧化涂層及其應(yīng)用。本專利技術(shù)所提供的純鈦微弧氧化涂層，由基體，以及與所述基體緊密結(jié)合的表面多孔的致密氧化膜組成；所述基體為鈦；所述氧化膜為含有硅元素和鈣元素的銳鈦礦型二氧化鈦；所述硅元素在所述氧化膜中的質(zhì)量百分含量為2.2% ;所述鈣元素在所述氧化膜中的質(zhì)量百分含量為1.5%。所述孔的直徑具體為2 μ m。本專利技術(shù)的再一個(gè)目的是提供一種制備所述純鈦微弧氧化涂層的方法。本專利技術(shù)所提供的制備所述純肽微弧氧化涂層的方法，具體包括如下步驟:將鈦置于電解液中，以所述鈦為陽(yáng)極，以不銹鋼為陰極，在電壓為200V、頻率為600Hz、占空比為8%的條件下，氧化5min，得到所述純鈦微弧氧化涂層；所述電解液的溶質(zhì)為硅酸鈉、氫氧化鈉、乙酸鈣、乙二胺四乙酸二鈉，溶劑為水；所述硅酸鈉、所述氫氧化鈉、所述乙酸鈣、所述乙二胺四乙酸二鈉和所述水的配比為14.2g:20g:8.8g:15g:9L ;所述電解液的 pH 為 7.2。在上述方法中，置于所述電解液中的鈦為經(jīng)過如下前處理的鈦:將鈦片依次經(jīng)300#或800#或1500#的砂紙打磨后，用丙酮、無水乙醇、去離子水依次超聲清洗、50°C烘干，得到處理后的鈦。所述純鈦微弧氧化涂層在作為動(dòng)物體硬組織替換材料或植入體中的應(yīng)用也屬于本專利技術(shù)的保護(hù)范圍。所述動(dòng)物體硬組織可為關(guān)節(jié)、骨骼、牙齒等。所述植入體可為人工關(guān)節(jié)、人工骨、脊骨矯正桿、骨髓內(nèi)釘、牙科植入物或頭蓋骨等。所述純鈦微弧氧化涂層在作為細(xì)胞培養(yǎng)基底材料中的應(yīng)用也屬于本專利技術(shù)的保護(hù)范圍。所述純鈦微弧氧化涂層在制備促進(jìn)細(xì)胞增殖的產(chǎn)品中的應(yīng)用也屬于本專利技術(shù)的保護(hù)范圍。本專利技術(shù)所提供的純鈦微弧氧化涂層主要成分為銳鈦礦型二氧化鈦，并且在涂層表面成功引入了硅元素和鈣元素。實(shí)驗(yàn)證明，與純鈦基體相比，本專利技術(shù)所提供的純鈦微弧氧化涂層具有更強(qiáng)的細(xì)胞相容性。培養(yǎng)7天時(shí)，作為對(duì)照的純鈦基體表面細(xì)胞的增殖率僅為1.8，而本專利技術(shù)所提供的純鈦微弧氧化涂層表面細(xì)胞的增殖率可高達(dá)4.3。附圖說明圖1為純鈦微弧氧化涂層和鈦片的X射線衍射圖譜。圖2為純鈦微弧氧化涂層和鈦片的掃描電子顯微鏡圖譜及其X射線能譜。其中，A為掃描電子顯微鏡圖譜 ；B為X射線能譜。圖3為純鈦微弧氧化涂層和鈦片表面細(xì)胞黏附率的統(tǒng)計(jì)結(jié)果。圖4為純鈦微弧氧化涂層和鈦片表面MC3T3_ElSubclonel4細(xì)胞貼壁4h時(shí)的掃描電子顯微鏡圖譜。其中，A為鈦片；B為純鈦微弧氧化涂層。圖5為純鈦微弧氧化涂層和鈦片表面細(xì)胞增殖率的統(tǒng)計(jì)結(jié)果。具體實(shí)施例方式下述實(shí)施例中所使用的實(shí)驗(yàn)方法如無特殊說明，均為常規(guī)方法。下述實(shí)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。實(shí)施例1、純鈦微弧氧化涂層的制備及鑒定一、純鈦微弧氧化涂層的制備電解液:14.2g硅酸鈉、20g氫氧化鈉、8.8g乙酸鈣、15g乙二胺四乙酸二鈉，溶于9L的去離子水中，pH7.2。采用商業(yè)醫(yī)用純鈦，尺寸規(guī)格為IOXlOXlmm的鈦片。試樣表面分別依次采用300#, 800#和1500#的砂紙打磨(制作涂層時(shí)每組都利用這三種不同砂紙打磨)，然后用丙酮、無水乙醇、去離子水依次超聲(超聲參數(shù)功率100赫茲)清洗、50°C烘干。將清洗后的鈦片作為陽(yáng)極，置入電解液(配方如上)中，不銹鋼為陰極。氧化電壓為200V、頻率600Hz、占空比8%,氧化時(shí)間5min。得到純鈦微弧氧化涂層。二、純鈦微弧氧化涂層的鑒定以尺寸規(guī)格相同的鈦片為對(duì)照，利用X射線衍射儀(XRD，D/max-Y B, Japan)對(duì)步驟一制備的純鈦微弧氧化涂層進(jìn)行物相分析，使用CuKaX射線源，管電壓40KV，管電流為40mA，連續(xù)掃描模式，掃描速度4° /min，衍射角2Θ為10 90°。步驟一制備的純鈦微弧氧化涂層表面形貌觀察利用掃描電子顯微鏡(SEM, Quanta200, FEIC0., American),表面元素含量檢測(cè)采用掃描電鏡系統(tǒng)配備的X射線能譜儀(EDS，EDAX, American)。X射線衍射圖譜如圖1所示，從圖中可以看出，純鈦經(jīng)過步驟一中200V微弧氧化處理后，出現(xiàn)了銳鈦礦衍射峰，圖中鈦的衍射峰主要來自于鈦基體。此外，在2 Θ =25 35°之間出現(xiàn)較寬的背底峰，說明涂層中有非晶態(tài)物相。而XRD圖譜沒有發(fā)現(xiàn)含硅鈣元素的新物相，因而涂層中含硅鈣產(chǎn)物為非晶態(tài)。掃描電子顯微鏡圖譜及其X射線能譜如圖2所示，從掃描電子顯微鏡圖譜(圖2中A)中可以看出，純鈦經(jīng)過步驟一中200V微弧氧化處理后，鈦基體表面形成典型的微弧氧化多孔結(jié)構(gòu)，多孔直徑的尺寸約為2 μ m。從X射線能譜(圖2中B)中可以看出，步驟一制備的純鈦微弧氧化涂層除了 Ti、0元素外還含有S1、Ca元素，其中Si的質(zhì)量百分含量約為2.2%，Ca的質(zhì)量百分含量約為1.5%。這說明在步驟一制備的純鈦微弧氧化涂層中成功的引入了S1、Ca元素。實(shí)施例2、純鈦微弧氧化涂層細(xì)胞活性實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)細(xì)胞:MC3T3-ElSubclonel4 (小鼠顱頂前骨細(xì)胞亞克隆14)，中國(guó)科學(xué)院上海生命科學(xué)研究院。實(shí)驗(yàn)試劑:改良型a -MEM Hyclone培養(yǎng)基(賽默飛世爾生物化學(xué)制品北京有限公司)；FBS Gibco胎牛血清；Cou Counting kit-8 (CCK8,碧云天生物技術(shù)研究所)；C0222青霉素-鏈霉素溶液(碧云天生物技術(shù)研究所);PBS緩沖液(pH值為7.2-7.6，武漢博士德生物工程有限公司);戊二醛(國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司);多聚甲醛(天津科密歐化學(xué)試劑有限公司)；叔丁醇；鋨酸；無水乙醇(體積分?jǐn)?shù)為50%、70%、90%、95%和100%)。實(shí)驗(yàn)分組:實(shí)施例1中步驟一制備得到的純鈦微弧氧化涂層(實(shí)驗(yàn)組);尺寸規(guī)格與純鈦微弧氧化涂層相同的鈦片(對(duì)照組)。一、本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
純鈦微弧氧化涂層，由基體，以及與所述基體結(jié)合的表面多孔的氧化膜組成；所述基體為鈦；所述氧化膜為含有硅元素和鈣元素的銳鈦礦型二氧化鈦；所述硅元素在所述氧化膜中的質(zhì)量百分含量為2.2%；所述鈣元素在所述氧化膜中的質(zhì)量百分含量為1.5%。

【技術(shù)特征摘要】
1.純鈦微弧氧化涂層，由基體，以及與所述基體結(jié)合的表面多孔的氧化膜組成； 所述基體為鈦；所述氧化膜為含有硅元素和鈣元素的銳鈦礦型二氧化鈦； 所述硅元素在所述氧化膜中的質(zhì)量百分含量為2.2% ;所述鈣元素在所述氧化膜中的質(zhì)量百分含量為1.5%。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的純鈦微弧氧化涂層，其特征在于:所述孔的直徑為2μ m。3.制備權(quán)利要求1或2所述純鈦微弧氧化涂層的方法，包括如下步驟:將鈦置于電解液中，以所述鈦為陽(yáng)極，以不銹鋼為陰極，在電壓為200V、頻率為600Hz、占空比為8%的條...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：鄒智群，李元忠，趙秀蘭，李德超，劉云，朱建華，王洪艷，潘攀，黑曉霞，胡忠博，王萌，姜全春，劉楠楠，吳孝楠，曲平川，劉曉晶，王春娜，劉苗，陳乙滋，周宏志，張蕊，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：鄒智群，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：