一种钛种植体及其制备方法和应用

本发明属于医药材料，尤其涉及一种钛种植体及其制备方法和应用。

背景技术：

1、口腔种植修复因其良好的咀嚼及美观功能恢复效果，已被广泛应用于牙列缺损和牙列缺失患者的治疗。然而，常规种植修复中，钛种植体植入后需要约3个月形成骨结合，导致整体治疗周期长。种植体骨结合成败及速率与其表面性质密切相关，是影响种植流程、疗效的主要因素之一。为了满足加速愈合、缩短治疗周期的临床需求，表面改性成为口腔种植领域的研究焦点。

2、种植体表面改性简单有效、安全可控且持久稳定，主要包括两类：第一类是构建负载生物活性元素或分子的仿生涂层；第二类是改善表面形貌。目前，许多研究将两类改性方式结合，进行复合表面改性，期望发挥二者协同作用。在构建生物活性涂层方面，钙磷涂层因化学元素与骨组织一致得到广泛研究。钙磷涂层可以改善材料力学性能、提高表面亲水性、提供基质矿化原料等，最终加速骨结合。在改善表面形貌方面，二氧化钛纳米管形貌可以增大表面积，增强表面吸附能力，产生独特的生物界面作用，提高生物相容性；同时，二氧化钛纳米管特殊的中空管状结构有利于进一步功能化，在复合改性中备受青睐。由此，基于纳米管形貌制备钙磷涂层，形成钙磷/纳米管复合层成为钛种植体表面改性的热点。parcharoen等研究表明，纳米管作为中间层，可以提高钙磷涂层与钛基底间结合强度，承受骨生长产生的应力作用。bose等在具有钙磷/纳米管复合层的3d打印多孔钛种植体周围观察到加速形成的新骨。然而，如图1所示，钙磷涂层沉积难以控制，往往会破坏纳米管形貌，使得原本高度有序的纳米管形貌不可避免的模糊、甚至消失，降低纳米管形貌本身对参与骨结合的多种细胞、蛋白的调控作用，导致复合改性的协同效应降低。因此，如何在钙磷涂层沉积中保证纳米管形貌的完整性，是钙磷/纳米管复合结构构建的技术难点。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种工艺简单、能够实现沉积钙磷涂层的同时保护完整纳米管形貌、具有优异的加速骨结合能力的钛种植体及其制备方法和应用。

2、为实现上述目的，在本发明的第一方面，本发明提供了一种钛种植体，所述钛种植体的表面自内向外依次包括纳米管层、纳米栅层和钙磷涂层；

3、所述纳米管层中的纳米管的平均直径为30-40nm；

4、所述纳米栅层中纳米栅的平均直径为60-80nm；

5、所述钙磷涂层为cahpo4涂层。

6、本发明提供的一种钛种植体中，其表面自内向外依次包括纳米管层、纳米栅层和钙磷涂层，其中纳米管层的纳米管形貌保留完整，发挥对参与骨结合的多种细胞、蛋白的调控作用，增强复合改性的协同效应；从而使得制备得到的钛种植体具有优异的促进骨结合能力。具体地，本发明提供的钛种植体中的纳米管层中的纳米管的平均直径为30-40nm，纳米栅层中纳米栅的平均直径为60-80nm，即纳米栅层中纳米栅的平均直径大于纳米管层中纳米管的平均直径，从而一方面能够减少纳米栅对纳米管的遮蔽作用，避免直径接近而无法形成双层结构，另一方面利用纳米栅本身的电场作用，使得钙磷涂层仅沉积于纳米栅的栅格边缘，进一步避免钙磷涂层对纳米管形貌的影响，使纳米管充分发挥其形貌作用，为骨再生提供理想的骨免疫环境；同时对应平均直径范围的纳米栅也具有良好的生物学作用，尤其是优异的骨传导性；此外，本发明的钙磷涂层为cahpo4涂层，相较于现有技术中常规使用的羟基磷灰石涂层等更易溶解，也就更容易发挥元素的生物学作用。因此，在上述结构的配合和改性下，得到的钛种植体综合性能优异。

7、作为本发明所述钛种植体的优选实施方式，所述纳米栅层中纳米栅的平均直径为纳米管层中纳米管的平均直径的两倍以上。

8、发明人研究发现，当进一步控制纳米栅层中纳米栅的平均直径为纳米管层中纳米管的平均直径的两倍以上时，能够更好的保证纳米管的形貌不被影响，充分发挥其作用。

9、作为本发明所述钛种植体的优选实施方式，所述纳米管层的厚度为300-400nm；

10、和/或，所述纳米栅层的厚度为5-15nm；

11、和/或，所述钙磷涂层的厚度为10-20nm。

12、发明人研究发现，当纳米管层、纳米栅层和钙磷涂层中的厚度在上述范围内时，综合效果更为优异。

13、在本发明的第二方面，本发明提供了所述钛种植体的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：在钛种植基体表面进行第一阳极氧化后超声震荡，随后依次进行第二阳极氧化和电化学沉积，获得钛种植体。

14、本发明提供的制备方法中，阳极氧化可以制备纳米管形貌，在阳极氧化时，首先通过场致氧化生成氧化层，随后场致溶解与化学溶解互相竞争，表面氧化层生成孔核，逐渐扩大为微孔，并向下溶解生长，最终形成有序排列的纳米管；本发明通过两次阳极氧化处理，其中第一阳极氧化处理后进行超声震荡，从而能够移除第一阳极氧化处理的纳米管，形成相应均匀有序的纳米栅结构，接着进行第二阳极氧化处理，在形成的纳米栅结构的基础上再向下形成相应的纳米管结构；并且通过控制两次阳极氧化处理时的电压、时间、电解液成分等参数，从而得到直径在本发明给出范围内的纳米管+纳米栅的复合结构；进一步采用电化学沉积进行钙磷涂层的引入，其中，在纳米管或纳米栅表面电化学沉积复合改性时，纳米粒子因更强的电场作用优先沉积于纳米管或纳米栅管壁边缘，由于纳米栅在纳米管的外层且纳米栅的平均直径大于纳米管的平均直径，因此钙磷涂层优先沉积于纳米栅的栅格边缘，从而保护纳米管的形貌不受影响。

15、作为本发明所述制备方法的优选实施方式，所述第一阳极氧化中，阳极为钛种植基体，阴极为纯钛，电解液为含有0.2-0.4wt％nh4f和1.5-2.5vol％水的乙二醇溶液，氧化电压为50-70v，氧化时间为15-25min。

16、优选地，所述第一阳极氧化中，阳极为钛种植基体，阴极为纯钛，电解液为含有0.3wt％nh4f和2.0vol％水的乙二醇溶液，氧化电压为60v，氧化时间为20min。

17、第一阳极氧化的参数的选择会影响到后续形成的纳米栅层中纳米栅的直径，发明人研究发现，当选择第一阳极氧化中的参数在上述范围内时，能够保证得到的纳米栅层中的纳米栅的平均直径在60-80nm之间。

18、作为本发明所述制备方法的优选实施方式，所述超声震荡中，超声功率为180-200w，超声时间为25-35min。

19、优选地，所述超声震荡中，超声功率为200w，超声时间为30min。

20、超声震荡的过程能够将第一阳极氧化形成的大孔径纳米管变成相应的纳米栅结构，即能够移除相应的大孔径纳米管，而获得均匀有序的薄层纳米栅，当进一步选择在上述超声震荡的参数下时，能够较好的移除纳米管形成更为均匀有序的纳米栅结构。

21、作为本发明所述制备方法的优选实施方式，所述第二阳极氧化中，阳极为超声震荡后的钛种植基体，阴极为纯钛，电解液为含有0.2-0.4wt％nh4f和1.5-2.5vol％水的乙二醇溶液，氧化电压为20-40v，氧化时间为50-70min。

22、优选地，所述第二阳极氧化中，阳极为超声震荡后的钛种植基体，阴极为纯钛，电解液为含有0.3wt％nh4f和2.0vol％水的乙二醇溶液，氧化电压为30v，氧化时间为60min。

23、第二阳极氧化能够形成小孔径纳米管，当选择第二阳极氧化的参数在上述范围内时，能够保证得到的纳米管层中的纳米管的平均直径为30-40nm。

24、作为本发明所述制备方法的优选实施方式，所述电化学沉积中，阳极为铂，阴极为第二阳极氧化后的钛种植基体，电解液为含有0.04-0.06mol/l nano3、0.18-0.22mmol/lca(no3)2和0.10-0.14mmol/l(nh4)2hpo4的水溶液，初始电位为(-2)-(-4)v。

25、作为本发明所述制备方法的优选实施方式，所述电化学沉积中，电化学沉积温度为70-90℃，电化学沉积时间为700-900s。

26、优选地，所述电化学沉积中，阳极为铂，阴极为第二阳极氧化后的钛种植基体，电解液为含有0.05mol/l nano3、0.20mmol/l ca(no3)2、0.12mmol/l(nh4)2hpo4的水溶液，初始电位为(-3)v，电化学沉积温度为80℃，电化学沉积时间为800s。

27、电化学沉积参数的选择会影响到钙磷涂层的分布以及厚度，发明人研究发现，当选择的电化学沉积参数在上述范围内时，能够避免形成的钙磷涂层对纳米管的遮蔽，从而保持完整的纳米管形貌；另外本发明选择电解液具体组分经电化学沉积后得到的钙磷涂层具体为cahpo4，得到的cahpo4涂层具有更优异的溶解性，能够更好的发挥相应的作用。

28、在本发明的第三方面，本发明提供了所述钛植入物在制备医用植入材料中的应用。

29、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

30、本发明提供的钛种植体的表面自内向外依次包括纳米管层、纳米栅层和钙磷涂层，其中纳米管层中的纳米管的平均直径为30-40nm，纳米栅层中纳米栅的平均直径为60-80nm，即纳米管层中纳米管的平均直径小于纳米栅层中纳米栅的平均直径，从而能够形成完整的双层纳米结构，且能避免纳米栅对纳米管的遮蔽作用，并且钙磷涂层附着在纳米栅层的栅格边缘，进一步确保了纳米管不被遮蔽，从而能够保持完整的纳米管形貌，确保形貌作用得到充分的发挥，且选择的纳米栅平均直径范围也具有优异的骨传导性，cahpo4涂层具有优异的溶解性；即本发明的钛种植体通过对结构和成分优化，能够取得优异的骨结合能力。并且本发明提供的钛种植体的制备方法工艺简单、操作方便，易于实际生产。