[發明專利]一種高生物活性的具有微/納米雙重結構的二氧化鈦薄膜及其制備方法

無效

• 申請號: 201310237673.4
• 申請日: 2013-06-14
• 公開（公告）號: CN103290455A
• 公開（公告）日: 2013-09-11
• 發明（設計）人: 王偉強;齊民;李耀天
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: C25D11/26
• 分類號: C25D11/26;A61L27/30
• 代理公司: 大連星海專利事務所 21208
• 代理人: 花向陽

技術領域

本發明涉及一種高生物活性的具有微/納米雙重結構的二氧化鈦薄膜及其制備方法。該二氧化鈦薄膜可用做人體硬組織替代材料的表面改性層，屬于生物醫用材料和表面工程領域。

技術背景

鈦金屬與其它金屬醫用植入材料相比，因其彈性模量低、密度小、比強度高、抗腐蝕性能優良、加工和成型性能良好，已經成為了牙種植體、骨創傷產品及人工關節等人體硬組織替代物和修復物的首選材料，在臨床上得到了越來越廣泛的應用。硬組織替代材料植入人體后必須要和周圍的骨組織進行良好固定。代表性的如在義齒植入領域，牙種植體完全需要與牙槽骨形成骨結合來進行固定。而植入體與骨之間快速形成骨結合的先決條件，是建立沒有結締組織或其它非骨組織介入的骨與植入體之間的直接接觸，這一點則強烈依賴于植入體的表面特性。鈦金屬抗腐蝕性能之所以優良，是因為其表面自然情況下會形成一層完整、致密的TiO₂保護層。這層保護層具有良好的生物惰性特性，它們不會與骨化學結合，不能像含有Ca、P的涂層那樣誘導骨的生長。文獻[Liu?XY,Chu?PK,Ding?CX.Surface?modification?of?titanium,titanium?alloys,and?related?materials?for?biomedical?applications.Materials?Science?and?Engineering,2004;R47:49–121]的研究已表明，這種具有生物惰性表面的植入體植入人體后，一般會很快地被一層纖維組織所包裹，使之與周圍骨組織相隔離，從而阻止或減弱了植入體表面與骨組織之間的直接結合。因此，如何提高鈦金屬植入體表面二氧化鈦膜層的生物活性，改善其硬組織或骨組織相容性，促進骨結合的形成，是現代生物醫用鈦金屬能否廣泛臨床應用的核心問題，也是亟待解決的難點之一。

文獻[Geetha?M,Singh?AK,Asokamani?R,et?al.Ti?based?biomaterials,the?ultimate?choice?for?orthopaedic?implants–A?review.Progress?in?Materials?Science,2009;54:397-425]、[Tian?Y,Ding?SY,Peng?H,ea?al.Osteoblast?growth?behavior?on?porous-structure?titanium?surface.Applied?Surface?Science,2012;261:25-30]和文獻[Rupp?F,Scheideler?L,Olshanska?N,et?al.Enhancing?surface?free?energy?and?hydrophilicity?through?chemical?modification?of?microstructured?titanium?implant?surfaces.Journal?of?Biomedical?Materials?Research?Part?A,2006;76A(2):323-334]、[Stadlinger?B,Lode?AT,Eckelt?U,et?al.Surface-conditioned?dental?implants:an?animal?study?on?bone?formation.Journal?of?Clinical?Periodontology,2009;36:882-891]分別指出提高鈦金屬表面粗糙度、增強其表面親水性均能夠強化其和生物學環境間的交互作用，促進成骨細胞的吸附、分化及最后骨結合的形成，即增強了鈦金屬的生物活性。文獻[黃偉欣.超親水多孔TiO2薄膜的制備及超親水機理研究.廣州:華南理工大學,2010]則指出，材料表面的粗糙度與其表面親水性之間存在著關聯性。材料表面粗糙度的提高對其表面親水性具有較大的促進作用。但實際上，粗糙度并不能反映材料表面微觀形貌的規則特征，文獻[Koch?K,Barthlott?W.Superhydrophobic?and?superhydrophilic?plant?surfaces:an?inspiration?for?biomimetic?materials.Philosophical?Transactions?of?the?Royal?Society?A,2009;367:1487-1509]的研究表明，只有表面具有仿生特征的微/納米雙重或多重規則結構，才有可能呈現出優異的親水性以及生物學性能。因此，發明并制備出一種表面具有微/納米雙重或多重微觀結構特征，從而具有較高粗糙度，且呈現出超親水性性能的鈦金屬表面TiO₂改性層是提高其生物活性的最佳方法。