CN101708343A

CN101708343A - 微-纳米有序结构硬组织生物材料膜层的制备方法

Info

Publication number: CN101708343A
Application number: CN200910112754A
Authority: CN
Inventors: 林昌健; 孔丽丽; 耿志旺; 林龙翔; 张帆; 吕维加
Original assignee: Xiamen University
Current assignee: Xiamen University
Priority date: 2009-11-03
Filing date: 2009-11-03
Publication date: 2010-05-19
Anticipated expiration: 2029-11-03
Also published as: CN101708343B

Abstract

微-纳米有序结构硬组织生物材料膜层的制备方法，涉及一种生物材料膜层。提供一种方法简单易行的基于聚合物微球模板的微-纳米有序结构硬组织生物材料膜层的制备方法。对基底进行电化学阳极氧化，在基底表面获得一层结构有序的纳米级TiO₂膜层，热处理，在紫外线下照射，使样品表面达到超亲水化，使聚合物微球能够在样品表面均匀铺展，形成有序排列的单层微球；制备PS微球和PMMA微球；PS微球表面亲水化改性处理；SPS微球或PMMA微球在钛表面的自组装；将表面具有规整SPS或PMMA微球模板的样品进行阴极电沉积，在含有CaCl₂、NaH₂PO₄和NaCl的电解液中沉积，煅烧，即得产物。

Description

微-纳米有序结构硬组织生物材料膜层的制备方法

技术领域

本发明涉及一种生物材料膜层，涉及一种生物材料膜层，尤其是涉及一种以聚合物微球(包括聚苯乙烯(PS)微球或聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)微球)为模板，在医用金属钛表面制备微-纳米有序结构的羟基磷灰石涂层。

背景技术

羟基磷灰石是自然骨的主要无机成分，具有优良的生物活性。金属钛密度低，具有良好的化学稳定性和机械性能。金属钛表面涂覆羟基磷灰石膜层是一种理想的人体硬组织替代材料。生物材料最主要的性能-生物相容性和生物活性，不仅与材料化学组分有关，而且与材料的结构紧密相关。自然骨是一种具有微-纳米结构有序多孔无机/有机复合材料，其中无机成分主要为羟基磷灰石等钙磷盐化合物，有机成分主要是II型胶原等组分，具有良好的力学性能和生物特性。从仿生学的观点，制备组分和结构与自然骨相近的人工骨材料，必然可获得最佳的生物性能，这不仅具有重要的临床应用价值，而且对相关的科学研究也有重要意义。在国内外已发展了不少方法制备多孔结构的纳米羟基磷灰石。D.Tadic等人(Biomaterials，25(2004)，3335-3340)运用盐蚀法，在羟基磷灰石中掺入氯化钠，压塑成材料后再洗脱氯化钠，形成多孔结构的羟基磷灰石涂层。A.Tampieri等人(Biomaterials，22(2001)，1365-1370)在羟基磷灰石乳状液中加入纤维素，烧结后形成多孔的羟基磷灰石材料。Eichi Tsuruga等人(J.Biochem.121(1997)，317-324)用不同尺寸的聚丙烯酸球为致孔剂，与羟基磷灰石粉末混合，压塑成型后高温烧结，形成多孔材料。姚秀敏等人(功能材料与器件学报，7(2001)，152-155)用聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)为致孔剂，经过成型和烧结得到孔径和孔隙率可控的材料。但上述材料均为单一的羟基磷灰石块体陶瓷材料，不能满足硬组织替代材料的力学要求。而且致孔剂分布不均匀，难以形成均一有序的结构。R.M.Trommer等人(Surf.Coat.Tech.201(2007)，9587-9593)用火焰辅助化学气相沉积法在316不锈钢表面沉积多孔羟基磷灰石涂层，虽能获得力学性能和生物活性较好的人工骨材料，但该方法需要特殊设备，不易推广，且难以制备结构有序的多孔材料。

发明内容

本发明的目的是提供一种方法简单易行的基于聚合物微球(PS微球或PMMA微球)模板的微-纳米有序结构硬组织生物材料膜层的制备方法。

本发明包括以下步骤：

1)对基底进行电化学阳极氧化，在基底表面获得一层结构有序的纳米级TiO₂膜层，再将阳极氧化后的样品热处理，使样品表面TiO₂转化为锐钛矿型TiO₂，在紫外线下照射，使样品表面达到超亲水化，使聚合物微球能够在样品表面均匀铺展，形成有序排列的单层微球；

2)制备聚合物微球：

(1)制备PS微球：将聚乙烯吡咯烷酮(PVP)和乙醇水溶液加入到容器中，搅拌，形成均相体系后，通入氮气排空，并加入溶有偶氮二异丁腈(AIBN)的苯乙烯(St)单体，保持氮气气氛下进行聚合反应，即得分散聚合样品；

(2)制备PMMA微球：将聚乙烯吡咯烷酮(PVP)和乙醇水溶液加入容器中，搅拌，形成均相体系后，通入氮气排空，并加入溶有偶氮二异丁腈(AIBN)的甲基丙烯酸甲酯(MMA)单体，保持氮气气氛下进行聚合反应，即得分散聚合样品；

3)PS微球表面亲水化改性处理：对PS微球表面采用磺化处理，将PS微球在H₂SO₄中浸泡，使PS微球表面逐渐由疏水性转变为亲水性，得磺化后的PS微球，标记为SPS(SulfonatedPolystyrene)微球；

4)SPS微球或PMMA微球在钛表面的自组装：将SPS微球分散于无水乙醇中，滴入分散液于超亲水化的TiO₂膜层表面，晾干，使微球排列更加规整有序；

5)将步骤4)中得到的表面具有规整SPS或PMMA微球模板的样品进行阴极电沉积，在含有CaCl₂、NaH₂PO₄和NaCl的电解液中沉积，煅烧，即可在钛表面获得微-纳米有序结构的羟基磷灰石膜层。

在步骤1)中，所述基底最好为钛基底或钛合金基底；所述对基底进行电化学阳极氧化，是以基底为阳极，铂电极为阴极，电解液中含有0.050～0.20mol/L NaF和0.10～1.0mol/LH₃PO₄，制备电压为5～50V，温度为室温，时间为5～240min，即在基底表面获得一层结构有序的纳米级TiO₂膜层；所述热处理的温度最好为450℃，热处理的时间最好为2h；所述在紫外线下照射的时间最好为5～120min；所述聚合物微球为PS微球或PMMA微球。

在步骤2)的(1)中，所述聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、乙醇水溶液、偶氮二异丁腈(AIBN)和苯乙烯(St)单体中，按质量百分比，聚乙烯吡咯烷酮(PVP)的含量为苯乙烯(St)单体的2％～12％，偶氮二异丁腈(AIBN)的含量为苯乙烯(St)单体的1％～5％，乙醇的含量为苯乙烯(St)单体的0％～20％，水的含量为苯乙烯(St)单体的300％～400％，乙醇水溶液为分散介质，聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为稳定剂，偶氮二异丁腈(AIBN)为引发剂；所述聚合反应的温度最好为60～80℃，聚合反应的时间最好为6～48h。所得分散聚合样品的PS微球的粒径为0.3～10μm。研究表明，分散聚合反应中，聚合物微球的粒径，随反应条件变化而变化。实验表明，当反应温度为70℃时，PS微球粒径呈单分散；当反应温度低于或高于70℃时，PS微球粒径分布均会变宽。

在步骤2)的(2)中，所述将聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、乙醇水溶液、偶氮二异丁腈(AIBN)、甲基丙烯酸甲酯(MMA)单体的用量为：按质量百分比，乙醇水溶液的用量为甲基丙烯酸甲酯(MMA)单体的800％～1400％，其中醇水比为1/1～3/2，聚乙烯吡咯烷酮(PVP)的用量为甲基丙烯酸甲酯(MMA)单体的5％～25％，偶氮二异丁腈(AIBN)的用量为甲基丙烯酸甲酯(MMA)单体的0.2％～3％；所述聚合反应的温度最好为60～80℃，聚合反应的时间最好为6～48h；所得PMMA微球的粒径为0.3～10μm。PMMA微球是一种中等极性的粒子，可直接应用。

在步骤3)中，所述将PS微球在H₂SO₄中浸泡是将PS微球在25～80℃的H₂SO₄中浸泡1～72h。

在步骤4)中，所述SPS微球分散于无水乙醇中的浓度最好为3～25mg/mL，所述晾干的温度最好为60℃，最好保持3h。

在步骤5)中，所述CaCl₂的摩尔浓度最好为4.2×10^-4mol/L，所述NaH₂PO₄的摩尔浓度最好为2.5×10^-4mol/L，所述NaCl的摩尔浓度最好为0.1mol/L；所述沉积的时间最好为10～60min，沉积的温度最好为100℃；所述煅烧的温度最好为600℃，煅烧的时间最好为3h。煅烧的目的是使羟基磷灰石膜层充分陶瓷化，并且进一步增强羟基磷灰石涂层与基底的结合力，同时去除SPS微球或PMMA微球模板。其中微米尺度的孔结构决定于SPS微球或PMMA微球几何尺度和排列状态，而膜层的羟基磷灰石纳米结构主要决定于电化学沉积的工艺参数。

本发明通过电化学沉积法在具有PS微球或PMMA微球模板的医用金属表面构筑具有特殊表面形貌和高生物活性的微-纳米有序结构硬组织生物材料膜层，并通过调控PS微球或PMMA微球尺寸，实现羟基磷灰石微-纳米有序孔结构的可控制备。由于钙磷盐晶粒尺寸为纳米结构，而PS微球或PMMA微球为微米尺寸，从而构成典型的微-纳米结构有序的仿生膜层，可望显著提高硬组织生物材料的生物相容性和生物活性，有利于作为植入材料与人体组织形成良好的骨结合界面。本发明通过发明一种简单易行的方法，在医用金属钛表面沉积孔径尺寸可控的微-纳米有序结构羟基磷灰石膜层，对于发展高性能人工骨材料和组织工程支架材料及临床应用具有重要的实际意义。

在医用金属钛表面沉积孔径可控的微-纳米结构有序的羟基磷灰石(HA)涂层，作为一种性能优良的人工骨仿生材料，具有重要的临床应用前景。其特征是利用微米粒径的PS微球或PMMA微球为模板，在模板表面电化学沉积纳米羟基磷灰石，形成的涂层一级结构为微米尺度排列有序孔结构，电化学沉积的羟基磷灰石纳米晶须形成纳米尺度的二级结构。制备过程特征在于运用阳极氧化对金属钛表面进行纳米化处理，使之形成超亲水特性的表面；并对聚合物微球表面进行磺化处理，增强极性，使聚合物微球在钛表面均匀铺展、组装成排列有序的规整模板。接着在组装有聚合物微球模板的钛板表面，采用电化学方法沉积纳米羟基磷灰石膜层，热处理去除聚合物微球模板后即获得微-纳米结构有序的羟基磷灰石膜层，微-纳米尺度可通过聚合物微球的制备和电化学沉积工艺参数加以控制。

本发明提出以PS微球或PMMA微球为模板，结合电化学阳极氧化和表面磺化法对金属钛和聚合物微球进行表面改性，使微球在钛表面组装成规整的模板，而后采用电沉积纳米羟基磷灰石膜层，将样品进行热处理或浸泡甲苯，以去除聚合物模板后获得微-纳米有序结构的硬组织生物材料膜层涂层。

附图说明

图1a和图1b分别为实施例1中TiO₂纳米管阵列的正面和横截面的SEM图。由图可见，TiO₂纳米管管径为60～100nm，纳米管管长为600～660nm。

图2为实施例2中粒径约为0.392μm的PS微球的SEM图。

图3a和图3b分别为PMMA微球的红外光谱图和PMMA微球在TiO₂纳米管阵列表面自组装形成的模板SEM图。由图3a可见，制备的PMMA微球分散较宽，由0.5～1.5μm大小不均一的微球组成。图3b中，横坐标为波数σ(cm^-1)，纵坐标为透过率(Transmittance/％)，图中吸收峰除H₂O分子分别在3554.2和1637.3cm^-1处-OH的弯曲振动峰和伸缩振动峰外，其他峰均可归属为聚甲基丙烯酸甲酯的吸收峰。图中2997.9和2952.8cm^-1的吸收峰是由-CH₃和-CH₂伸缩振动引起的，1731.7、1194.3和1148.6cm^-1是PMMA的特征吸收峰，其中1731.7cm^-1为C＝O伸缩振动吸收峰，1194.3和1148.6cm^-1是酯基的特征峰。1450.4cm^-1吸收峰是由COO-伸缩振动引起的。1384.8cm^-1处的峰是-CH₃的对称变形振动吸收峰，1244.3cm^-1处的双峰是-C-O-的伸缩振动吸收峰，988.7cm^-1处的峰为-O-C-O-的对称伸缩振动吸收峰，750.6cm^-1处的峰为CH₂的面内摇摆振动吸收峰。在3100～3000cm^-1处没有MMA特征峰，说明PMMA中不存在MMA单体。

图4a，图4b，图4c，图4d和图4e分别为实施例2中磺化后制得的粒径约为0.882μm，1.499μm，1.825μm，2.165μm和4.103μm的PS微球在TiO₂纳米管阵列表面自组装形成的模板SEM图。

图5a和图5b分别为实施例2中粒径约为2.165μm的磺化后的PS微球的Raman光谱图和红外光谱图。图5a中，横坐标为波数σ(cm^-1)，纵坐标为拉曼强度(Raman intensity)，图中波数144cm^-1，392cm^-1，515cm^-1和632cm^-1为基底锐钛矿型TiO₂的特征峰，其他峰均为PS微球的特征峰。图5b中，横坐标为波数σ(cm^-1)，纵坐标为透过率(Transmittance/％)，图中在3081～3000cm^-1的一系列的尖峰是聚苯乙烯的特征峰，在指纹区756cm^-1和698cm^-1处有两个较强的吸收峰，是单取代苯的的特征峰。同时，在1700～2000cm^-1的锯齿状的倍频吸收峰是进一步验证单取代苯的重要旁证。在波数1492cm^-1和1600cm^-1处的峰是苯环上C＝C的伸缩振动吸收峰，从而证明是聚苯乙烯的存在。波数为1180cm^-1处的峰是S＝O对称伸缩振动峰，此峰较弱，说明浓硫酸和聚苯乙烯之间的反应是在一定限度内进行的，发生部分磺化反应。

图6a，图6b，图6c，图6d，图6e，图6f，图6g和图6h分别为以粒径为1.499μm的SPS微球模板的样品进行阴极电沉积，不同电流密度下得到的多孔羟基磷灰石(HA)涂层的SEM图像，其中图6a和图6b对应0.1mA/cm²；图6c和图6d对应0.3mA/cm²；图6e和图6f对应0.5mA/cm²；图6g和图6h对应0.8mA/cm²。

图7a，图7b，图7c，图7d，图7e和图7f分别为以不同粒径的SPS微球模板的样品进行阴极电沉积，所得到的多孔羟基磷灰石涂层的SEM图像。其中图7a，图7b，图7c，图7d和图7f分别是以0.882μm，1.499μm，1.825μm，2.165μm和4.103μm的SPS微球为模板制得的多孔HA涂层的SEM图；图7e是以2.165μm的SPS微球为模板制得的多孔HA涂层的横截面SEM图。

图8为实施例5中以0.882μm的SPS微球为模板制得的多孔HA涂层的XRD谱图。图中，横坐标为2Theta(Degree)，纵坐标为Intensity(a.u.)，T代表金属钛基体，A代表TiO₂锐钛矿相(Anatase)，R代表TiO₂金红石相(Rutile)。曲线上从左到右标记分别为(002)，A，R，(211)，(112)，(300)，(202)，T，R，T，T，R，(113)，(222)，A，(213)，T，R，T。图中，除了标记为A、T和R的衍射峰，其他均为羟基磷灰石的衍射峰，说明多孔涂层确实是羟基磷灰石。

具体实施方式

实施例1：基底材料采用10mm×15mm×2mm纯钛板。钛板表面经砂纸打磨后，依次在丙酮、乙醇和3次水中超声清洗10min，取出后用3次水冲洗，晾干备用。在室温条件下，对基底材料进行电化学阳极氧化，以基底材料为阳极，铂电极为阴极，电解液中含有0.12mol/LNaF和0.5mol/L H₃PO₄，制备电压为20V，时间为45min，即在基底表面获得一层有序的TiO₂纳米管膜层；将阳极氧化后的样品在450℃处理2h，使其表面TiO₂转化为锐钛矿型TiO₂，在紫外线下照射10～20min，使其表面超亲水化，PS或PMMA微球能够在其表面均匀铺展。图1为得到的锐钛矿TiO₂纳米管阵列的SEM图像。

实施例2：分散聚合法制备单分散的PS微球：

配方1：2g聚乙烯吡咯烷酮(PVP)，70ml无水乙醇，30ml纯水，加入到四颈瓶中，在一定搅速下，搅拌形成均相体系，通入N₂0.5h排空，加入溶有0.1g偶氮二异丁腈(AIBN)的苯乙烯单体5ml(经5％NaOH溶液洗涤去除阻聚剂)，在70℃下，保持氮气气氛，反应12h。得到直径约为0.392μm的微球，组装在TiO₂阵列表面如图2所示。

分散聚合法制备PMMA微球：将配方量(以单体甲基丙烯酸甲酯(MMA，使用前减压蒸馏)用量为100％，乙醇水溶液用量为1400％，其中醇水比为4/4.5，稳定剂聚乙烯吡咯烷酮(PVP)用量为25％，引发剂偶氮二异丁腈(AIBN)用量为1.7％)的PVP和乙醇水溶液加入到四颈瓶中，在一定搅速下，搅拌形成均相体系后，通入氮气排空，并加入溶有AIBN的MMA单体，保持氮气气氛，反应温度为70℃下聚合反应6h。得到PMMA微球由500nm～1.5μm大小不均一的微球组成，组装在TiO₂阵列表面如图3a所示，PMMA微球的红外光谱图如图3b所示。

PS微球的磺化：分散聚合得到的PS微球用乙醇洗涤3次，离心分离后在75℃的浓硫酸中浸泡3h，使PS微球磺化。使PS微球表面亲水性增强，促进微球在钛表面组装成规整模板。

配方2：1.5g PVP，95ml无水乙醇，3ml纯水，加入到四颈瓶中，在一定搅速下，搅拌形成均相体系，通入N₂0.5h排空，加入溶有0.3gAIBN的苯乙烯单体20ml(经5％NaOH溶液洗涤去除阻聚剂)，在70℃下，保持氮气气氛，分别反应12h，24h，36h和48h，所得悬浮液，离心后用无水乙醇洗涤3次，在75℃浓硫酸中磺化3h，分离后分散于无水乙醇中。调节反应时间，可调控微球的尺寸。分别得到粒径为约0.882μm，1.499μm，1.825μm和2.165μm的PS微球。四种不同尺寸的微球如图4a，图4b，图4c和图4d所示。

配方3：0.6g PVP，90g无水乙醇，加入到四颈瓶中，在一定搅速下，搅拌形成均相体系，通入N₂0.5h排空，加入溶有0.3g AIBN的苯乙烯单体30g(经5％NaOH溶液洗涤去除阻聚剂)，在70℃下，保持氮气气氛，反应24h，所得悬浮液，离心后用无水乙醇洗涤3次，在75℃浓硫酸中磺化3h，分离后分散于无水乙醇中。得到粒径为约4.103μm的PS微球，自组装在TiO₂纳米管阵列上，如图4e所示。

实施例3：PS微球或PMMA微球在钛表面的自组装：磺化后的PS微球或PMMA微球分散于乙醇中，滴三滴乳液于阳极氧化并煅烧的钛板上。自然晾干后在60℃保持3h使微球排列更规整。图5a和图5b分别为粒径约为2.165μm的PS微球的Raman光谱图和红外光谱图。

实施例4：电化学沉积多孔羟基磷灰石：将实施例3中所得到的表面具有规整的粒径为1.499μm PS微球模板的样品进行阴极电沉积，作阴极，铂电极作阳极，在含有4.2×10^-4mol/LCaCl₂、2.5×10^-4mol/L NaH₂PO₄和0.1mol/L NaCl的电解液中沉积20min，控制电流密度j为0.1～0.8mA/cm²，沉积温度控制在100℃。得到的样品在600℃退火处理3h以除去微球模板。考察不同电流密度对羟基磷灰石形貌的影响。图6是不同电流密度下得到的多孔羟基磷灰石涂层的SEM图像，其中图6a和图6b对应0.1mA/cm²；图6c和图6d对应0.3mA/cm²；图6e和图6f对应0.5mA/cm²；图6g，图6h对应0.8mA/cm²。从图中可见，当电流密度是0.1mA/cm²时，HA晶须很短且分散于各位点，涂层不能呈多孔状。当电流密度是0.3和0.5mA/cm²时，涂层由细长的纳米晶须构成连续的微孔，图中微米尺度的孔是由PS微球模板形成的，纳米结构的晶须是电化学沉积时，钙磷盐晶体生长形成。纳米晶须直径约为20纳米，微孔孔径约为1.499μm。

由于微-纳米的二级有序结构的羟基磷灰石膜层是基于仿生结构形成的，具有良好的多孔连通性，利于体液的流动、营养物质的传输，十分有利于成骨细胞的附着和生长。当电流密度升至0.8mA/cm²，晶须变得粗短，孔壁变厚，部分孔壁变光滑，纳米晶须消失。此时涂层的连通性降低，其生物活性也将降低。由此可见，电流密度增大，晶须逐渐消失，孔连通性下降。其原因可能是高电流密度时，晶体生长过快，生长方向的选择性变弱。综上可见，在0.3和0.5mA/cm²条件下均可得到具有微-纳米结构的，连通性好的多孔羟基磷灰石。

实施例5：电化学沉积多孔羟基磷灰石：将实施例3中得到的表面具有规整不同粒径的PS微球模板的样品进行阴极电沉积，表面有PS微球模板的钛作阴极，铂电极作阳极，在含有4.2×10^-4mol/L CaCl₂、2.5×10^-4mol/L NaH₂PO₄和0.1mol/L NaCl的电解液中沉积30min，控制电流密度j为0.5mA/cm²。得到的样品在600℃退火处理3h以除去PS微球模板，即可在样品表面获得微-纳米有序结构的羟基磷灰石膜层。图7a，图7b，图7c，图7d和图7f是以不同粒径的PS微球模板的样品进行阴极电沉积，所得到的多孔羟基磷灰石涂层的SEM图。其中图7a，图7b，图7c，图7d和图7f分别是以0.882μm，1.499μm，1.825μm，2.165μm和4.103μm的PS微球为模板制得的多孔HA涂层的SEM图像，图7b，图7d，图7f中的小图为其局部放大图；图7e是以2.165μm PS微球为模板制得的多孔HA涂层的横截面SEM图像，图7e图中的小图为低倍SEM图像。从图中可见，以PS微球为模板制得的多孔HA涂层由均一致密的孔状结构组成，其孔径大小与模板中PS微球的粒径保持一致，从图7f可以TiO₂纳米管中有HA颗粒，图7e也验证了这一点，孔状HA以下部分厚度约为600nm，与阳极氧化形成的TiO₂涂层的厚度相同，且此部分依稀可见TiO₂管状结构，可以认为孔状HA涂层与TiO₂之间已无明显界限，结合力较好。图8为以0.882μm PS微球为模板制得的多孔HA涂层的XRD谱图。图中，横坐标为2Theta(Degree)，纵坐标为Intensity(a.u.)，T代表金属钛基体，A代表TiO₂锐钛矿相，R代表TiO₂金红石相。曲线上从左到右标记分别为(002)，A，R，(211)，(112)，(300)，(202)，T，R，T，T，R，(113)，(222)，A，(213)，T，R，T。2θ为35.1，38.5，40.1，52.9和62.9的峰是金属钛的特征衍射峰；2θ为25.2和48.0的峰是TiO₂锐钛矿相的特征衍射峰；2θ为27.4，36.0和54.3的峰是TiO₂金红石相的特征衍射峰；XRD谱图中出现TiO₂金红石相的特征衍射峰是因为TiO₂纳米管在450℃退火处理后转变成锐钛矿相，之后PS微球在其表面自组装，而后进行电沉积，沉积后去除PS微球模板时又经过600℃退火处理，此时即有部分TiO₂转变为金红石相(金红石相在500℃即可出现)。与标准谱图相比，图8中除了标记为A、T和R的衍射峰，均为羟基磷灰石的衍射峰，说明多孔涂层由羟基磷灰石组成。

制备不同粒径PS微球的配方如表1所示。

表1

*占单体的质量的百分数

分散聚合反应中聚合物微球的粒径随反应条件变化趋势如表2所示。

表2

Claims

1.微-纳米有序结构硬组织生物材料膜层的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

2)制备聚合物微球：

(1)制备PS微球：将聚乙烯吡咯烷酮和乙醇水溶液加入到容器中，搅拌，形成均相体系后，通入氮气排空，并加入溶有偶氮二异丁腈的苯乙烯单体，保持氮气气氛下进行聚合反应，即得分散聚合样品；

(2)制备PMMA微球：将聚乙烯吡咯烷酮和乙醇水溶液加入容器中，搅拌，形成均相体系后，通入氮气排空，并加入溶有偶氮二异丁腈的甲基丙烯酸甲酯单体，保持氮气气氛下进行聚合反应，即得分散聚合样品；

3)PS微球表面亲水化改性处理：对PS微球表面采用磺化处理，将PS微球在H₂SO₄中浸泡，使PS微球表面逐渐由疏水性转变为亲水性，得磺化后的PS微球，标记为SPS微球；

2.如权利要求1所述的微-纳米有序结构硬组织生物材料膜层的制备方法，其特征在于在步骤1)中，所述基底为钛基底或钛合金基底。

3.如权利要求1所述的微-纳米有序结构硬组织生物材料膜层的制备方法，其特征在于在步骤1)中，所述对基底进行电化学阳极氧化，是以基底为阳极，铂电极为阴极，电解液中含有0.050～0.20mol/L NaF和0.10～1.0mol/L H₃PO₄，制备电压为5～50V，温度为室温，时间为5～240min，即在基底表面获得一层结构有序的纳米级TiO₂膜层。

4.如权利要求1所述的微-纳米有序结构硬组织生物材料膜层的制备方法，其特征在于在步骤1)中，所述热处理的温度为450℃，热处理的时间为2h；所述在紫外线下照射的时间为5～120min；所述聚合物微球为PS微球或PMMA微球。

5.如权利要求1所述的微-纳米有序结构硬组织生物材料膜层的制备方法，其特征在于在步骤2)的(1)中，所述聚乙烯吡咯烷酮、乙醇水溶液、偶氮二异丁腈和苯乙烯单体中，按质量百分比，聚乙烯吡咯烷酮的含量为苯乙烯单体的2％～12％，偶氮二异丁腈)的含量为苯乙烯单体的1％～5％，乙醇的含量为苯乙烯单体的0％～20％，水的含量为苯乙烯单体的300％～400％；所述聚合反应的温度为60～80℃，聚合反应的时间为6～48h。

6.如权利要求1所述的微-纳米有序结构硬组织生物材料膜层的制备方法，其特征在于在步骤2)的(2)中，所述将聚乙烯吡咯烷酮、乙醇水溶液、偶氮二异丁腈、甲基丙烯酸甲酯单体的用量为：按质量百分比，乙醇水溶液的用量为甲基丙烯酸甲酯单体的800％～1400％，其中醇水比为1/1～3/2，聚乙烯吡咯烷酮的用量为甲基丙烯酸甲酯单体的5％～25％，偶氮二异丁腈的用量为甲基丙烯酸甲酯单体的0.2％～3％。

7.如权利要求1所述的微-纳米有序结构硬组织生物材料膜层的制备方法，其特征在于在步骤2)的(2)中，所述聚合反应的温度为60～80℃，聚合反应的时间为6～48h。

8.如权利要求1所述的微-纳米有序结构硬组织生物材料膜层的制备方法，其特征在于在步骤3)中，所述将PS微球在H₂SO₄中浸泡是将PS微球在25～80℃的H₂SO₄中浸泡1～72h。

9.如权利要求1所述的微-纳米有序结构硬组织生物材料膜层的制备方法，其特征在于在步骤4)中，所述SPS微球分散于无水乙醇中的浓度为3～25mg/mL，所述晾干的温度为60℃，保持3h。

10.如权利要求1所述的微-纳米有序结构硬组织生物材料膜层的制备方法，其特征在于在步骤5)中，所述CaCl₂的摩尔浓度为4.2×10^-4mol/L，所述NaH₂PO₄的摩尔浓度为2.5×10^-4mol/L，所述NaCl的摩尔浓度为0.1mol/L；所述沉积的时间为10～60min，沉积的温度为100℃；所述煅烧的温度为600℃，煅烧的时间为3h。