[發明專利]原位生成含TiO2/HA/CaCO3梯度膜層的方法

有效

• 申請號: 200910203005.3
• 申請日: 2009-05-11
• 公開（公告）號: CN101570874B
• 公開（公告）日: 2010-09-15
• 發明（設計）人: 寧成云;王迎軍;程海梅;鄭華德;張德貴;馬強
• 申請（專利權）人: 華南理工大學;廣州南楓生物科技有限公司
• 主分類號: C25D11/26
• 分類號: C25D11/26;C25D5/18
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 盛佩珍

技術領域

本發明涉及醫用鈦金屬材料生物活化改性方法，特別涉及一種原位生成含TiO₂/HA/CaCO₃梯度膜層的方法。

背景技術

鈦金屬生物材料由于其較高的強度和韌性，較好的生物相容性和抗腐蝕性而被廣泛應用于骨科和整形領域。但由于鈦金屬是生物惰性材料，植入人體后不能與主體骨產生化學結合，嚴重影響了植入效果，因此有必要對鈦金屬進行生物活化改性。在鈦金屬表面制備生物活性陶瓷膜層成為近年來鈦金屬表面改性的研究熱點。

羥基磷灰石的化學成分與人體的骨組織及牙齒的硬組織的無機成分相似，但是有報道指出膜層中單一的羥基磷灰石成分，對術后愈合速度有影響。

目前在鈦金屬表面制備生物活性膜層的主要方法有等離子噴涂法、溶膠-凝膠法和微弧氧化復合工藝法等。中國專利200710013585.0公開了一種等離子微弧氧化法制備羥基磷灰石生物陶瓷膜的方法，采用微弧氧化法制備了羥基磷灰石生物膜層，賦予了鈦金屬生物活性表面，但是它仍然屬于單一的羥基磷灰石膜層，其生物活性較低。至今在制備含有TiO₂，HA和CaCO₃的復合梯度生物活性膜層方面還未有文獻報道。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種膜層與基體結合強度高，生物活性好的原位生成含二氧化鈦/羥基磷灰石/碳酸鈣(TiO₂/HA/CaCO₃)梯度膜層的方法。

本發明的上述目的是通過如下措施來達到的。

原位生成含TiO₂/HA/CaCO₃梯度膜層的方法采用先低電壓后高電壓的直流脈沖電源分段式微弧氧化技術，直接在鈦及鈦合金表面原位生成含二氧化鈦/羥基磷灰石/碳酸鈣的梯度生物活性膜層，該方法包括如下步驟及其工藝條件：

步驟一：預處理

將鈦及鈦合金打磨拋光，超聲清洗；

步驟二：配制電解質溶液

配制一種包含有磷酸根離子及鈣離子的電解質溶液；

步驟三：分段式微弧氧化

在上述電解質溶液中以鈦或鈦合金為陽極，不銹鋼為陰極，采用直流脈沖電源分段式微弧氧化；

所述分段式微弧氧化包括低電壓預氧化和高電壓微弧氧化；低電壓預氧化電壓為200～250V，時間為2～5min；高電壓微弧氧化電壓為500～650V，時間為5～20min；氧化過程電解質溶液溫度保持30～40℃，頻率為50～100HZ，占空比為5～30％。

為了更好地實現本發明，步驟二所述電解質溶液中磷酸根離子的濃度范圍為0.02～0.12mol/L，鈣離子的濃度范圍為0.10～0.40mol/L。

為步驟二所述電解質溶液提供磷酸根離子的電解質優選化學試劑β-甘油磷酸鈉，提供鈣離子的電解質優選乙酸鈣。

本發明與現有技術相比，具有如下突出的優點和顯著的效果：

1、本發明在低電壓預氧化生成TiO₂的基礎上，采用500～650V的高電壓微弧氧化，使陽極鈦及其合金附近溫度迅速升高促使電解質溶液電離出大量的磷酸根離子和碳酸根離子，與溶液中的鈣離子在TiO₂膜層上形成HA和CaCO₃，從而形成含TiO₂、HA和CaCO₃的梯度生物活性膜層，提高了膜層的生物活性，且與基體結合強度高。

2、本發明對材料形狀沒有特別要求，制備的膜層均勻，表面多孔，且不存在裂紋，植入人體后有利于骨的生長，為鈦金屬廣泛應用于骨修復領域提供可能。

3、本發明采用分段式微弧氧化時所用電壓由同一電源提供，且氧化過程無需更換電解質溶液，具有工藝簡單、易操作的優點，易于實際應用。

附圖說明

圖1為本發明實施例1原位生成含TiO₂/HA/CaCO₃梯度膜層的掃描電鏡(SEM)圖片。

圖2為本發明實施例1原位生成含TiO₂/HA/CaCO₃梯度膜層的X射線衍射分析(XRD)圖譜，其中a為涂層外層，b為中間層，c為內層。

圖3為本發明實施例1原位生成含TiO₂/HA/CaCO₃梯度膜層外層的紅外分析(FT-IR)圖譜。

具體實施方式

下面結合實施例對本發明作進一步詳細的描述，但本發明的實施方式不限于此。

實施例1

步驟一：預處理