一种Ta离子掺杂二氧化钛纳米管及其制备方法和应用

本发明涉及生物材料，尤其涉及一种ta离子掺杂二氧化钛纳米管及其制备方法和应用。

背景技术：

1、种植体失败通常归因于生物因素(如细菌感染和种植体与骨接触不足)和生物力学因素(如咬合负荷过重导致种植体材料断裂和/或损坏)。为了克服ti金属成骨能力不足和感染相关的并发症，许多研究通过改变钛种植体表面的形态、形貌和化学特征来实现其功能化。

2、在钛基表面制备tio2纳米管结构能够同时提高ti的骨整合和抗菌性能，但是，tio2纳米管层与ti基底间的界面附着力较差，纳米管的自身强度不足。虽然阳极氧化可以在纳米管底部附近形成氧化物致密层，但仍存在氧空位及ti-h键所形成的空泡区，导致tio2纳米管受机械外力后易从基板剥脱、或从纳米管中段折断，影响涂层的稳定性和生物结合能力。种植体在植入过程中和植入后需要经受扭矩摩擦和承受外力，并暴露在血液等腐蚀条件下。若纳米管与基底结合不牢固，或自身强度不足，磨损碎片和腐蚀产物会释放到种植体周围，引发有害的生物效应，最终导致种植失败。所以，提高tio2纳米管的机械强度和成骨性能至关重要。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种ta离子掺杂二氧化钛纳米管及其制备方法和应用，实现了在维持纳米管原始形貌条件下的ta掺杂，解决了现有纳米管强度不足、成骨性能不佳的问题。

2、为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

3、一种ta离子掺杂二氧化钛纳米管的制备方法，包括以下步骤：

4、一次阳极氧化：以钛片为阳极，在含氟电解液中进行阳极氧化，得到表面生长有二氧化钛纳米管阵列的钛片；

5、阴极极化酸洗：以所述表面生长有二氧化钛纳米管阵列的钛片为阴极，石墨为阳极，在硫酸溶液中进行阴极极化酸洗，得到钛基底模板；

6、二次阳极氧化：钛基底模板为阳极，在含钽电解液中进行二次阳极氧化，得到表面生长有钽掺杂二氧化钛纳米管阵列的钛片；

7、煅烧：将所述表面生长有钽掺杂二氧化钛纳米管阵列的钛片进行煅烧，得到ta离子掺杂二氧化钛纳米管；

8、其中，所述含钽电解液的成分包括水、氟化铵和钽离子溶液；所述二次阳极氧化的电压为40 v ~70v，温度为15℃~25℃，时间为10 min ~40min。

9、根据本公开的至少一个实施方式，所述二次阳极氧化的步骤中，所述含钽电解液中包括7.5 vol%～12.5 vol%的水、0.1wt%～0.5wt%的氟化铵以及0.01vol%～1vol%的钽离子溶液，其中，

10、所述钽离子在含钽电解液中的浓度为0.001 mol/l ~0.02mol/l。

11、所述钽离子溶液所用溶剂为氢氟酸，钽离子溶液中钽离子的浓度为1.25 mol/l ~5mol/l。

12、根据本公开的至少一个实施方式，所述阴极极化酸洗的步骤中，所述硫酸溶液的浓度为0.1 mol/l～5mol/l；

13、所述阴极极化酸洗的时间为10 min ~20min，而后在去离子水中进行超声荡洗5min～30min。

14、根据本公开的至少一个实施方式，所述一次阳极氧化的步骤中，所述一次阳极氧化的电压为40 v ~70v，温度为15℃~25℃，时间为10 min ~40min。

15、根据本公开的至少一个实施方式，所述一次阳极氧化的步骤中，所述含氟电解液的成分包括乙二醇、水、氟化铵和1wt% ～40wt% 氢氟酸；

16、所述含氟电解液中包括7.5 vol%～12.5 vol%的水、0.1wt%～0.5wt%的氟化铵、0.2vol%～0.5vol%的氢氟酸。

17、根据本公开的至少一个实施方式，所述煅烧的步骤中，所述煅烧的温度为400℃~600℃，保温时间为1 h ~6h。

18、相对于现有技术，本发明的ta离子掺杂二氧化钛纳米管的制备方法，利用阳极氧化在纯钛表面制备tio2纳米管，然后采用阴极极化酸洗形成具有规则纳米孔的钛基底模板，利用含钽电解液进行二次阳极氧化，在钛基底模板上继续形成ta掺杂tio2纳米管，再经过煅烧结晶，形成具有和原始tio2纳米管形貌一致的ta掺杂tio2纳米管，能发挥钽金属的机械力学优势，同时促进纳米管材料的成骨性能，解决了现有tio2纳米管强度不足、成骨性能不佳的问题，可应用于种植体表面促进成骨。

19、钽金属具有良好的生物相容性和耐腐蚀性，且钽金属有强的亲水性和表面能，具有优异的成骨诱导能力。本发明在阳极氧化的同时完成掺杂可以使钽元素进入纳米管全层，不影响纳米管自身形貌。在生物环境下，细胞与掺ta纳米管直接接触，使钽有效促进骨髓间充质细胞的成骨向分化，从而提高成骨性能。

20、目前，对纳米管进行ta离子掺杂的方法为在纳米管表面沉积金属或金属氧化物的颗粒，会影响二氧化钛纳米管的原始形貌，从而影响二氧化钛纳米管的成骨性能。本发明采用次阳极氧化的方法实现了在维持纳米管原始形貌条件下的ta掺杂，促进了二氧化钛材料的成骨性能。

21、本发明的另一目的在于还提供一种上述制备方法制备得到的ta离子掺杂二氧化钛纳米管。

22、根据本公开的至少一个实施方式，所述ta离子掺杂二氧化钛纳米管的管径为70~120nm。

23、所述ta离子掺杂二氧化钛纳米管相对于现有技术的优势与上述制备方法相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。

24、本发明的另一目的在于还提供一种ta离子掺杂二氧化钛纳米管在制备种植体材料中的应用。

25、所述ta离子掺杂二氧化钛纳米管在制备种植体材料中的应用相对于现有技术的优势与上述制备方法相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。

技术特征：

1.一种ta离子掺杂二氧化钛纳米管的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述二次阳极氧化的步骤中，所述含钽电解液中包括7.5 vol%～12.5 vol%的水、0.1wt%～0.5wt%的氟化铵以及0.01vol%～1vol%的钽离子溶液，其中，

3. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述阴极极化酸洗的步骤中，所述硫酸溶液的浓度为0.1 mol/l～5mol/l；

4. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述一次阳极氧化的步骤中，所述一次阳极氧化的电压为40 v ~70v，温度为15℃~25℃，时间为10 min ~40min。

5. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述一次阳极氧化的步骤中，所述含氟电解液的成分包括乙二醇、水、氟化铵和1wt% ～40wt% 氢氟酸；

6. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述煅烧的步骤中，所述煅烧的温度为400℃~600℃，保温时间为1 h ~6h。

7.权利要求1~6任一项所述制备方法制备得到的ta离子掺杂二氧化钛纳米管。

8. 根据权利要求7所述的ta离子掺杂二氧化钛纳米管，其特征在于，所述ta离子掺杂二氧化钛纳米管的管径为70 nm ~120nm。

9.权利要求7或8所述的ta离子掺杂二氧化钛纳米管在制备种植体材料中的应用。

技术总结
本发明提供了一种Ta离子掺杂二氧化钛纳米管及其制备方法和应用，属于生物材料技术领域。以解决现有TiO<subgt;2</subgt;纳米管强度不足、成骨性能不佳的技术问题。制备方法包括：以钛片为阳极，在含氟电解液中进行阳极氧化，得到表面生长有二氧化钛纳米管阵列的钛片；以表面生长有二氧化钛纳米管阵列的钛片为阴极，石墨为阳极，在硫酸溶液中进行阴极极化酸洗，得到钛基底模板；钛基底模板为阳极，在含钽电解液中进行二次阳极氧化，得到表面生长有钽掺杂二氧化钛纳米管阵列的钛片；将表面生长有钽掺杂二氧化钛纳米管阵列的钛片进行煅烧，得到Ta离子掺杂二氧化钛纳米管。

技术研发人员：卢燃,姚尧,王玉记,周建,陈溯
受保护的技术使用者：首都医科大学附属北京口腔医院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13