一种促进Ti6Al7Nb合金表面钙、磷沉积的表面处理方法
【专利摘要】本发明属于生物医用钛合金表面制备【技术领域】，主要涉及的是一种促进Ti6Al7Nb合金表面钙、磷沉积的表面处理方法。采用喷砂/酸蚀复合的表面处理工艺制备出的Ti6Al7Nb合金表面呈现出微米级的多孔表面，表面呈现圆形或椭圆形，孔洞边缘锐利；多孔的Ti6Al7Nb合金表面能够促进模拟体液中钙、磷的沉积；喷砂与酸蚀工艺均不需要高温、高压环境，设备简单，操作步骤简单易行。
【专利说明】-种促进T i 6A17Nb合金表面钙、磷沉积的表面处理方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于生物医用钛合金表面制备【技术领域】，主要涉及的是一种促进Ti6A17Nb 合金表面钙、磷沉积的表面处理方法。
【背景技术】
[0002] 随着材料学及口腔医学的快速发展，为了避免传统口腔修复中存在的基牙损伤、 龈缘黑线、牙槽骨吸收等问题，种植修复被越来越多的应用于口腔修复中。由于钛及钛合金 良好的机械性能及生物相容性，被广泛用作口腔种植材料。钛最早应用于整形外科、骨科 和口腔医学等医学领域是由Bothe等在1940年提出的，1952年Branemar首次把钛作为种 植体材料应用于口腔医学领域。长期的临床观察发现，钛种植体随访10-15年的成功率在 89%以上，但随着钛种植体的广泛应用，也逐渐暴露其作为种植体材料的不足，如纯钛的硬 度、强度等方面不能完全满足临床的需求。Bridgeman研究结果表明钛合金比纯钛的固位力 强，Vallittu研究证实钛合金比纯钛的抗疲劳断裂能力强，因此如果钛合金经过表面处理 后，能获得良好的生物相容性及生物活性，将为种植体材料提供更优异的性能。生物医学上 使用的第一代钛合金以Ti-6A1-4V为代表由于A1、V对于生物体有毒副作用，作为植入材料 对人体存在潜在的毒性，因此，研究者开始选用Nb、Ta、Zr、Sn等无毒性元素，研发出第二代 无毒性、低模量的β钛合金，其主要代表有Ti-6Al-7Nb、Ti-13Nb-13Zr、Ti-15M〇-5Zr-3Al、 Ti-35Nb-7Zr-5Ta、Ti-29Nb-13Zr-7. IZr等。医用第二代钛合金就此开始逐渐替代第一代钛 合金Ti-6A1-4V，Ti-6Al-7Nb与Ti-6A1-4V合金都具有α+β相微观组织结构和良好的机 械性能，而且其具有更加致密的钝化膜，其抗腐蚀性比纯钛和Ti-6A1-4V合金要好。骨一种 植体的骨结合是代谢活跃的骨组织和具有生物相容性的金属两种不同材料的结合，除了宿 主因素（如患者的生理条件和可用骨量等）和医源性因素（如手术损伤和负重时机等）以 夕卜，最主要的影响因素是植入体的表面处理技术，表面处理技术可在保留钛及其合金原有 优良性能的基础上，改善其临床使用效果。国内外学者采用不同方法对钛基种植体表面改 性处理，如采用等离子喷涂、微弧氧化、电化学沉积等不同技术在钛基表面制备生物活性涂 层，但这些方法制备的涂层存在与基体结合强度低、涂层长期稳定性等问题，难以满足临床 应用要求。钛基种植体经过喷砂/酸蚀复合处理后形成粗糙多孔的表面有利于引导成骨细 胞趋化，加速骨结合，增强了种植体的抗扭矩的性能，是目前临床上的钛种植体表面处理的 主要方法之一。把喷砂/酸蚀复合处理技术经过改良应用于Ti6A17Nb表面，提高Ti6A17Nb 的生物活性，将为口腔种植体的材料提供更加优越的材料性能及生物相容性。
[0003] 喷砂/酸蚀表面处理技术采用大颗粒喷砂与特定酸蚀处理相结合，是一种新型非 涂层钛材料植入体表面改性方法，特点在于喷砂后进行酸蚀处理，可清除掉残留在钛表面 的喷砂颗粒，不但保留了喷砂形成的较大"凹面"（一级孔洞结构），而且增加了酸蚀形成的 较小"凹陷"（二级孔洞结构），优化了植入体表面的超微孔洞结构。喷砂造成的凹陷能够促 进细胞在材料表面的停留，而酸蚀处理使植入体表面的砂坑深度增加，使骨细胞黏附增强， 能达到类似于细胞性伪足的效果，出现细胞黏附现象。和其他类型的表面处理相比，这种表 面更能刺激植入体周围具有成骨细胞的增殖和分裂，产生更多的化学介质和生长因子。与 单纯酸蚀表面相比，采用喷砂酸蚀技术处理后的表面具有更强的骨结合力及较大的移动转 矩。
[0004] 钙、磷是天然骨的无机组成部分，种植体材料表面钙、磷沉积表面材料具有良好的 生物相容性、骨诱导性，可诱导形成羟基磷灰石，利于蛋白质和细胞吸附并提高吸附细胞的 活性，对钛生物活性起着重要作用，有利于骨结合，钙、磷是人体骨骼和牙齿的主要组成成 分，钙与磷的比值为1. 67,因此如果沉积在钛片表面的Ca、P比值越接近1. 67,则骨诱导能 力越强，越容易促进种植体与骨结合，有利于种植体植入后的效果，更能提高口腔种植体植 入的成功率。
【发明内容】
[0005] 本发明针对上述技术内容存在的问题，首次在Ti6A17Nb表面采用喷砂/酸蚀复合 的表面处理工艺制备出一种促进Ti6A17Nb合金表面钙、磷沉积的表面处理方法。本发明采 取的技术方案：
[0006] 第一步进行预处理：将Ti6A17Nb棒材切割成为Φ 10mmX 10mm的圆柱形试块，用分 析纯丙酮、无水乙醇和去离子水超声清洗各15分钟，然后选取一个平整的底面，在自动旋 转打磨仪上，依次用400#、600#、1200#的防水SiC砂纸将选取的平面逐级打磨，直到获得划 痕均匀一致的光滑表面，然后用无水乙醇超声波清洗15分钟，将经过打磨后的Ti6A17Nb烘 干后，放入干燥箱内以室温保存待用；
[0007] 第二步进行喷砂处理：将吸入式干喷砂机固定在台虎钳上，喷砂介质为白刚玉砂， 粒度为60#，尺寸约为250-300 μ m，将Ti6A17Nb固定在平口钳上，使吸入式干喷砂机的枪头 和Ti6A17Nb表面保持一定的距离，喷射角度选择75°，将喷砂机的气压调至为0. 3MPa气 压，对Ti6A17Nb表面进行喷砂处理，喷砂时间30秒，然后将喷砂处理后的Ti6A17Nb用去离 子水冲洗，再用无水乙醇和去离子水各超声清洗10分钟，烘干，得到喷砂处理的Ti6A17Nb ;
[0008] 第三步进行酸蚀处理：先将盐酸（HC1)、硫酸（H2S04)和水（H 20)按2 :12 :11的比 例混合，配制溶液过程中注意密封处理以防止HC1的挥发，然后将配好的酸蚀溶液加热至 沸腾状态，保持温度不变；再将Ti6A17Nb置于温度为50°C的蒸馏水中保温2分钟；然后置 于加热的酸蚀溶液中，当将Ti6A17Nb放入酸蚀溶液初期时，Ti6A17Nb表面会有气泡产生， 随着酸蚀时间的不断增加，Ti6A17Nb表面产生的气泡越来越多，并且观察到酸蚀溶液由无 色变成紫色；
[0009] 第四步进行清洗处理：将酸蚀处理后的Ti6A17Nb用去离子水超声清洗10分钟，烘 干，得到酸蚀出来的Ti6A17Nb ;
[0010] 第五步配制模拟体液，模拟体液由SBF溶液是由8. 035g的NaCl、0. 355g的NaHC03、 0· 225g 的 KC1、0. 231g 的 Κ2ΗΡ043Η20、0· 311g 的 MgCl26H20、0. 292g 的 CaCl2 和 0· 072g 的 Na2S04溶于1000ml去离子水中，SBF的离子浓度与人体血浆中离子浓度接近，以三羟甲基氨 基甲烧（tris-hydroxymethyl-aminomethane，（CH 2OH)3CNH2)和 l.Omol/L HC1 调整 37°C时 的 pH 为 7. 40 ;。
[0011] 表1:SBF溶液离子浓度
[0012]
【权利要求】
1. 一种促进Ti6A17Nb合金表面钙、磷沉积的表面处理方法，其特征在于： 第一步进行预处理：将Ti6A17Nb棒材切割成为Φ lOmmX 10mm的圆柱形试块，用分析 纯丙酮、无水乙醇和去离子水超声清洗各15分钟，然后选取一个平整的底面，在自动旋转 打磨仪上，依次用400#、600#、1200#的防水SiC砂纸将选取的平面逐级打磨，直到获得划痕 均匀一致的光滑表面，然后用无水乙醇超声波清洗15分钟，将经过打磨后的Ti6A17Nb烘干 后，放入干燥箱内以室温保存待用； 第二步进行喷砂处理：将吸入式干喷砂机固定在台虎钳上，喷砂介质为白刚玉砂，粒度 为60#，尺寸约为250-300 μ m，将Ti6A17Nb固定在平口钳上，使吸入式干喷砂机的枪头和 Ti6A17Nb表面保持一定的距离，喷射角度选择75°，将喷砂机的气压调至为0. 3MPa气压， 对Ti6A17Nb表面进行喷砂处理，喷砂时间30秒，然后将喷砂处理后的Ti6A17Nb用去离子 水冲洗，再用无水乙醇和去离子水各超声清洗10分钟，烘干，得到喷砂处理的Ti6A17Nb ; 第三步进行酸蚀处理：先将盐酸、硫酸和水按体积比为2 :12 :11的比例混合，配制溶液 过程中注意密封处理以防止HC1的挥发，然后将配好的酸蚀溶液加热至沸腾状态，保持温 度不变；再将Ti6A17Nb置于温度为50°C的蒸馏水中保温2分钟；然后置于加热的酸蚀溶液 中，当将Ti6A17Nb放入酸蚀溶液初期时，Ti6A17Nb表面会有气泡产生，随着酸蚀时间的不 断增加，Ti6A17Nb表面产生的气泡越来越多，并且观察到酸蚀溶液由无色变成紫色； 第四步进行清洗处理：将酸蚀处理后的Ti6A17Nb用去离子水超声清洗10分钟，烘干， 得到酸蚀出来的Ti6A17Nb ; 第五步配制模拟体液，模拟体液由8. 035g的NaCl、0. 355g的NaHC03、0. 225g的KC1、 0· 231g 的 Κ2ΗΡ043Η20、0· 311g 的 MgCl26H20、0. 292g 的 CaCl2 和 0· 072g 的 Na2S04 溶于 1000ml 去离子水中，SBF的离子浓度与人体血浆中离子浓度接近，以三羟甲基氨基甲烷和1. Omol/ L HC1调整37°C时的pH为7. 40 ; 第六步模拟体液浸泡，将Ti6A17Nb样品放入孔板中，加入10ml模拟体液，放入37. 5°C 恒温箱中，每2天更换一次模拟体液，在第21天时取出Ti6A17Nb样品，去离子水清洗，在 40°C温度环境下进行烘干。
【文档编号】C23F17/00GK104152873SQ201410334925
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年7月14日 优先权日:2014年7月14日
【发明者】张静莹 申请人:大连大学