医用钛合金表面羟基磷灰石薄膜的制备方法
【专利摘要】一种医用钛合金表面羟基磷灰石薄膜的制备方法，方法步骤为：(一)钛合金表面预处理，去油、SiC砂纸打磨和机械抛光；(二)将预处理后的钛合金放入盛有模拟体液的高压水热釜中进行水热处理，模拟体液占高压水热釜体积的30～70%，水热处理温度为150~190℃，处理时间为6～24小时；(三)冲洗，自然干燥或在50~80℃条件下烘干，即在钛合金表面获得羟基磷灰石薄膜。采本发明制备方法简单，生产成本低，产品质量易控制，对环境无污染，可以提高用于骨、关节及人工牙根等硬组织修复和替代钛合金的生物活性，缩短治疗时间。
【专利说明】医用钛合金表面羟基磷灰石薄膜的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种羟基磷灰石薄膜的制备方法，尤其涉及ー种医用钛合金表面羟基磷灰石薄膜的制备方法。
【背景技术】
[0002]目前常见的生物医用植入金属材料主要为超低碳奥氏体不锈钢(AISI 316L，317L)、钴铬合金(Co-Cr)和钛及钛合金3类材料，而钛及钛合金凭借着优异的生物相容性、耐腐蚀性、综合力学性能和エ艺性能逐渐成为骨、牙科种植体、人工关节等人体硬组织替代和修复的首选材料。然而，医用钛合金是ー种生物惰性金属材料，没有生物活性，与骨的结合是一种机械咬合，而不能和人体组织产生直接的化学結合。为了赋予钛合金生物活性，通常采用表面改性技术在钛合金表面制备ー层具有生物活性的陶瓷薄膜或形成能够诱导羟基磷灰石的薄膜。陶瓷膜层主要有羟基磷灰石(HA)、氟磷灰石(FA)、(6-磷酸三钙-TCP)，其中由于HA与人骨无机物具有相同的晶体结构和化学成分，得到了广泛的研究。目前钛合金制备HA薄膜的方法主要有:等离子喷涂法、溶胶-凝胶法、化学处理法、脉冲激光法、电化学沉积法和微弧氧化法等。这些方法均存在各自的问题，如等离子喷涂法虽已产品化，但研究发现采用等离子喷涂制备的羟基磷灰石薄膜植入人体后会发生降解最終导致薄膜的脱落；化学处理法エ艺繁琐，存在一定的环保问题；脉冲激光法难于处理复杂形状的器件；溶胶-凝胶法、电化学沉积法和微弧氧化法等难于控制产品质量的稳定性及形成大批量生产。所以有必 要寻找其他的ー些表面改性方法在医用钛合金表面制备羟基磷灰石薄膜。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于提供了一种新的医用钛合金表面羟基磷灰石薄膜的制备方法，解决钛合金的生物惰性问题及其他制备方法存在的问题。
[0004]本发明是这样来实现的，方法步骤为:
(一)钛合金或纯钛表面预处理，去油、SiC砂纸打磨和机械抛光；
(二)将预处理后的钛合金或纯钛放入盛有模拟体液的高压水热釜中进行水热处理，模拟体液占高压水热釜体积的30~70%，水热处理温度为15(Tl90°C，处理时间为6~24小时；
(三)冲洗，自然干燥或在5(T80°C条件下烘干，即在钛合金或纯钛表面获得羟基磷灰
石薄膜。
[0005]所述钛合金可以是T1-6A1-4V、Ti_6Al_7Nb和TiNi合金等生物医用钛合金。
[0006]所述模拟体液为8.03克/升NaCl,0.22克/升KC1，0.07克/升Na2SO4,0.35克/ 升 NaHCO3,0.23 克 / 升 K2HP04-3H20,0.31 克 / 升 MgCl2_6H20 和 0.28 克 / 升 CaCl2 组成的去离子水溶液。
[0007]本发明可在生物医用钛合金或纯钛表面形成均匀的羟基磷灰石薄膜，生物活性极高，在37°C的SBF溶液中浸泡2天就能诱导出新的羟基磷灰石，而且薄膜较钛合金基体的表面粗糙度增加、接触角降低，极有利于成骨细胞的附着、铺展和增殖，并且薄膜可进一步提高钛合金的耐蚀性。
[0008]本发明的技术效果是:本发明制备方法简单，生产成本低，产品质量易控制，对环境无污染，可提高用于骨、关节及人工牙根等硬组织修复和替代钛合金的生物活性，缩短治疗时间。
【专利附图】
【附图说明】
[0009]图1为实施例1所获得的薄膜表面SEM照片。
[0010]图2为实施例1所获得的薄膜在SBF溶液中浸泡2天后表面SEM照片。
【具体实施方式】
[0011]下面结合附图和实施例对本发明做进一步阐述；
实施例1
(一 )TiNi表面预处理，去油、SiC砂纸打磨和机械抛光；
(二)将预处理后的TiNi放入盛有模拟体液的高压水热釜中进行水热处理，模拟体液占高压水热釜体积的70%，水热处理温度为190°C，处理时间为12小时；
(三)TiNi经蒸馏水冲洗3次后自然干燥，即在TiNi表面获得羟基磷灰石薄膜；本实施方式获得的羟基磷灰石薄膜的SEM照片如图1所示，其在SBF溶液中浸泡2天后表面SEM照片如图2所示，本实施方式获得的羟基磷灰石薄膜呈羽毛状，含有少量的镁和碳酸根，钙/磷比小于1.67，是典型的类骨磷灰石，所以具有极高的生物活性，在37°C的SBF溶液中浸泡2天即能诱导出新的羟基磷灰石。薄膜的表面粗糙度Ra为"lOOnm,远高于基体的20nm。薄膜的润湿角为61°，较基体的83°明显减小。通过成骨细胞培养试验发现水热处理后的TiNi合金更有利于成骨细胞的附着、铺展和增殖。处理后的试样在Hank’ s溶液中的耐蚀性较基体提高了 I~2个数量级。
[0012]实施例2
(一 )T1-6A1-4V表面预处理，去油、SiC砂纸打磨和机械抛光；
(二)将预处理后的T1-6A1-4V放入盛有模拟体液的高压水热釜中进行水热处理，模拟体液占高压水热釜体积的50%，水热处理温度为180°C，处理时间为24小时；
(三)T1-6A1-4V经蒸馏水冲洗3次后在5(T80°C条件下烘干，即在Ti_6Al_4V表面获得羟基磷灰石薄膜；在T1-6A1-4V表面形成均匀的羟基磷灰石薄膜，生物活性极高，在37°C的SBF溶液中浸泡2天就能诱导出新的羟基磷灰石，极有利于成骨细胞的附着、铺展和增殖。
[0013]实施例3
(一)纯钛表面预处理，去油、SiC砂纸打磨和机械抛光；
(二)将预处理后的纯钛放入盛有模拟体液的高压水热釜中进行水热处理，模拟体液占高压水热釜体积的50%，水热处理温度为180°C，处理时间为24小时；
(三)纯钛经蒸馏水冲洗3次后在自然干燥，即在纯钛表面获得羟基磷灰石薄膜。
[0014]实施例1~3所述模拟体液 为8.03克/升NaCl，0.22克/升KCl，0.07克/升Na2SO4,
0.35 克 / 升 NaHCO3,0.23 克 / 升 Κ2ΗΡ04.3Η20,0.31 克 / 升 MgCl2WH2O 和 0.28 克 / 升 CaCl2组成的去离子水溶液，按照上述方法，本发明在T1-6Al-7Nb等生物医用钛合金表面羟基磷灰石薄膜都具有较好的生物活性，在37°C的SBF溶液中浸泡2天就能诱导出新的羟基磷灰石， 而且薄膜较钛合金基体的表面粗糙度增加、接触角降低，极有利于成骨细胞的附着、铺展和增殖，并且薄膜可进一步提高钛合金的耐蚀性。
【权利要求】
1.ー种医用钛合金表面羟基磷灰石薄膜的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤: (一)钛合金或纯钛表面预处理，去油、SiC砂纸打磨和机械抛光； (二)将预处理后的钛合金或纯钛放入盛有模拟体液的高压水热釜中进行水热处理，模拟体液的体积占高压水热釜体积的30~70%，水热处理温度为15(Tl90°C，处理时间为6~24小时； (三)冲洗，自然干燥或在5(T80°C条件下烘干，即在钛合金或纯钛表面获得羟基磷灰石薄膜。
2.根据权利要求1所述的ー种医用钛合金表面羟基磷灰石薄膜的制备方法，其特征在于，所述钛合金为T1-6A1-4V、T1-6Al-7Nb或TiNi合金。
3.根据权利要求1所述的ー种医用钛合金表面羟基磷灰石薄膜的制备方法，其特征在于，所述模拟体液为8.03克/升NaCl，0.22克/升KCl，0.07克/升Na2SO4,0.35克/升NaHCO3,0.23 克 / 升 K2HP04-3H20,0.31 克 / 升 MgCl2_6H20 和 0.28 克 / 升 CaCl2 组成的去离子水溶液。`
【文档编号】C23C26/00GK103550825SQ201310531459
【公开日】2014年2月5日 申请日期:2013年11月1日 优先权日:2013年11月1日
【发明者】徐吉林, 梅丁丁, 罗军明, 钟震晨 申请人:南昌航空大学