[實用新型]制備3D打印多孔鈦基二氧化鈦納米管的環繞式陰極裝置

有效

• 申請號: 201721393237.6
• 申請日: 2017-10-26
• 公開（公告）號: CN207512279U
• 公開（公告）日: 2018-06-19
• 發明（設計）人: 黃衛民;劉芳兵;林海波;包金鵬;劉琦
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: C25D11/26
• 分類號: C25D11/26;C25D17/10;A61L27/30;B82Y40/00
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責任公司 22201
• 代理人: 王壽珍

本實用新型屬于納米材料制作技術領域，即設計用于顱頜面骨植入材料的3D打印多孔鈦基TiO₂納米管的新型裝置。本實用新型提供了一種環繞式陰極恒溫電化學反應裝置，該裝置包括：磁力攪拌器1、磁力攪拌棒2、數顯圓柱形恒溫槽3、一上端開口的圓柱形電解池4、電解液入口5、電解液出口6、用于懸掛陽極的中心帶孔的蓋子7、圓環形陰極8、可伸縮陰極固定裝置9。該裝置優勢在于：針對3D打印多孔鈦醫學植入材料的多孔性和形狀不規則性，環繞式鈦片作為陰極可使3D打印多孔鈦在各個方向上生成均勻的TiO₂納米管。裝置集攪拌與溫控于一體，能夠縮短工藝時間，優化工藝效果。

技術領域：

本發明屬于納米材料制作技術領域，具體涉及一種制顱頜面備骨植入材料的3D打印多孔鈦基TiO₂納米管的環繞式陰極裝置。

背景技術：

成骨細胞在植入體表面生長不良已成為限制醫學植入材料發展的主要因素。為克服這一問題，自1965年瑞典哥德堡大學發現純鈦具有良好的生物相容性以來，鈦及其多種合金因較強的耐酸、耐應力腐蝕特性，被廣泛應用于整形外科、牙科、骨科等醫學領域。但隨著植入技術的發展，人們發現由于鈦及合金與人體骨骼性質存在差異，植入體易脫落。而研究表明鈦表面存在的TiO₂氧化層能夠顯著緩解由界面突變引起的性能差異。但是TiO₂致密層比表面積不夠大，往往與成骨細胞結合力不強的問題又逐漸凸顯出來，而二氧化鈦納米管可以解決這一問題。Karla S.Brammer等人(K.S.Brammer et al.Acta Biomaterialia 5(2009)3215–3223)提出醫學植入材料的表面形貌及粗糙度影響著成骨細胞分化和增殖的過程與效果，TiO₂納米管修飾的鈦基植入體表面可以加速骨整合速率，并在此基礎上提出不同直徑的TiO₂納米管的影響機制。此外，Shaheer Maher等人(S.Maher et al.ApplliedMaterials&Interfaces 9(2017)29562-29570)也提出微納結構的3D打印鈦基植入體可以增強骨整合效果。

TiO₂納米管合成方法有模板法、水熱法和電化學陽極氧化法。其中，模板法使用氧化鋁、高分子材料或金屬材料作為模板，制備出來的TiO₂納米管形貌受模板控制，產量有限，在模板和納米管的分離過程中，容易造成納米管形貌和結構的破壞，最終形成的TiO2納米管表面粗糙，且有破損。水熱法制備TiO₂納米管是在高壓反應釜中倒入反應物的同時插入基體，高溫反應后，清洗干燥即可獲得TiO₂納米管，這樣得到的納米管無序且尺寸不均勻。而電化學陽極氧化法通過在陽極施加正電勢，通過控制電解液的組成，工作電壓、通電時間、溫度實現對TiO₂納米管形狀和管徑的控制。電化學法工藝簡單、制得的納米管尺寸均一。然而之前的電化學法主要采用矩形或正方形對電極，只能在面對基底樣品的一面形成致密的TiO₂納米管，而基底樣品的背面由于電場線稀疏則只有少量或沒有生成TiO₂納米管，導致骨組織在另一面生長不均勻。

發明內容：

為解決以上問題，本發明基于陽極氧化法制備TiO₂納米管機理，提出一種環繞式陰極制備裝置。所得納米管具有較大的比表面積，與成骨細胞結合力更強。這種360°原位生長的TiO₂納米管能使骨組織在其表面生長更加均勻。