[發明專利]一種氧化鈦復合涂層及其制備方法

有效

• 申請號: 201410116572.6
• 申請日: 2014-03-26
• 公開（公告）號: CN103834945A
• 公開（公告）日: 2014-06-04
• 發明（設計）人: 劉宣勇;田雅馨
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海硅酸鹽研究所
• 主分類號: C23C28/04
• 分類號: C23C28/04;C25D11/26;C23C14/48;C23C14/08
• 代理公司: 上海瀚橋專利代理事務所(普通合伙) 31261
• 代理人: 曹芳玲;鄭優麗

技術領域

本發明涉及一種氧化鈦復合涂層及其制備方法，具體涉及一種經表面改性獲得的氧化鈦復合涂層，以及采用微弧氧化技術、等離子體浸沒離子注入技術制備該涂層的方法。

背景技術

鈦及其合金以其較低的彈性模量、優異的生物相容性、耐腐蝕性和力學性能而被廣泛用作骨組織修復與替換材料。然而，由于在植入過程中有可能帶入周圍環境中的細菌從而引發骨髓炎等術后感染，如何抑制細菌在植入材料表面的粘附和繁殖，成為植入材料研究的熱點之一。在基底上原位生長的氧化鈦涂層再誘導類骨磷灰石形成[中國專利ZL200510029743.2;ZL200510023170.2;J.Biomed?Mater?Res.200364A164-170]和促進造骨細胞粘附與增殖[Biomaterials2000211803-1810.]等方面均有著出色表現。

另據報道，氧化鈦的半導體性質對各種生物體的基本組成細胞的行為具有重要作用。隨著氧化鈦膜層缺陷濃度和導電性的改變，植入體與組織的結合情況會有所變化[Biomaterials.200930:4471-4479]，光催化殺菌能力也會相應調整[J.Am.Chem.Soc.2011;133:11270-11278.]。然而，目前氧化鈦相關膜層在促進造骨細胞增殖與分化，平衡抑菌效率與生物安全性方面仍然存在缺陷，限制了其在臨床上的應用。

基于上述，氧化鈦涂層的制備與合理修飾成為了金屬表面改性領域中的研究熱點。Shaofeng?Chen在如何調控氧化鈦的半導體性能的研究工作中，發現氧化鈦的半導體性質可以通過表面修飾納米顆粒進行調控[Nano?Res.2010;3:244-255.]。但目前所修飾的納米顆粒并非人體的營養元素。如何將人體自身所需的營養元素的納米顆粒，修飾于植入體表面改性涂層上，目前尚無報道。

發明內容

本發明旨在克服現有技術存在的問題以提高/改善氧化鈦涂層在抑菌效率和生物安全性方面的性能，提出一種新的改性、制備方法制得一種新型的氧化鈦復合涂層。

本發明提供一種氧化鈦復合涂層，其中，所述氧化鈦復合涂層包括通過微弧氧化技術原位形成在鈦基金屬基材的表面的多孔氧化鈦涂層，以及通過等離子體浸沒離子注入技術復合在多孔氧化鈦涂層的氧化鐵納米顆粒，所述氧化鈦復合涂層中鐵元素的含量為1～15%。

本發明是基于氧化鈦較好的生物相容性、可調的半導體性質和鐵元素較好的生物安全性，設計了微弧氧化技術和等離子體浸沒離子注入技術相結合的技術路線，充分發揮兩者的特點，即首先采用微弧氧化技術，選用合適的工藝條件，在鈦或鈦合金基體表面制備具有多孔結構且涂層與基體牢固結合的氧化鈦涂層，再輔以等離子體浸沒離子注入技術將氧化鐵納米顆粒復合至氧化鈦涂層表面，形成一種新型的修飾有氧化鐵納米顆粒的氧化鈦復合涂層，由于鐵元素本身較好的細胞安全性和對氧化鈦的修飾作用，該氧化鈦復合涂層表現出良好的細胞相容性并對金黃色葡萄球菌體現明顯的抗菌效果。

較佳地，所述氧化鈦復合涂層的厚度可為3～10μm。

較佳地，所述多孔氧化鈦涂層中的孔的孔徑可為小于5μm。

較佳地，所述氧化鐵納米顆粒的尺寸可為5～13nm。

較佳地，所述鈦基金屬基材可為純鈦或鈦合金。

本發明還提供一種制備所述氧化鈦復合涂層的方法，所述方法包括：

（1）采用微弧氧化技術在鈦基金屬基材的表面形成多孔氧化鈦涂層；以及

（2）采用等離子體浸沒離子注入技術將鐵離子注入氧化鈦涂層，形成氧化鐵納米顆粒修飾的氧化鈦復合涂層。

較佳地，所述方法的步驟（1）中，可以含有硅酸鹽和/或磷酸鹽的堿性溶液為電解液，所述鈦基金屬基材為陽極，不銹鋼為陰極，采用直流脈沖電源對所述鈦基金屬基材進行微弧氧化處理，所述微弧氧化的參數可為：電流密度0.1～5A/cm²、電壓300～700V、頻率500～2000Hz、占空比10～80％。

較佳地，所述微弧氧化的時間可為1～60分鐘。

較佳地，所述微弧氧化處理過程中保持所述電解液的溫度可為60℃以下。

較佳地，所述方法的步驟（2）中，等離子體浸沒離子注入的參數可為：真空室溫度為20～80℃；真空度為3×10^-3～5×10^-3Pa；注入電壓10～40kV；脈寬為300～800μs；頻率為5～10Hz；注入處理時間0.5～2.0小時。