CN102442632A - 微-纳多尺度图案结构的抗凝血复合生物材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种微-纳图案结构的二氧化钛(TiO2)纳米线阵列及其在该纳米线阵列顶端包覆一层非晶碳薄膜的复合生物材料及其制备方法。通过掩模板光刻技术在氟化导电玻璃(FTO)基底上实现微米级的图案，再通过水热合成方法在该图案基底上生长TiO2纳米阵列，形成在微米级图案化区域上生长纳米TiO2纳米阵列，使得整个TiO2纳米线阵列呈现微-纳米图案结构，最后在制得的微-纳米图案阵列上包覆一层非晶碳薄膜。二者材料的复合与微-纳图案结构的设计，可以改变和控制材料的表面形貌、亲疏水性、电子转移特性等性质，用于改善复合材料的血液相容性。
Description
技术领域
本发明涉及一种复合生物材料及其制备方法，属于生物医用工程和生物材料技术领域，特别是涉及一种微-纳多尺度图案结构的抗凝血复合生物材料及其制备方法。
背景技术
生物材料是可用来诊断，替代或修复生物机体内损伤的组织或器官的一类功能材料，但目前绝大多数的生物材料植入体内会引发一系列不良的生理反应，因此除了开发新的优异材料之外，对如何提高材料的生物相容性以运用到实际医学材料中成为该领域的研究热点和艰巨挑战。而生物材料的物理与化学性质的稳定性，及生物相容性能的优劣，成为它能否成功应用于临床医学的关键。
目前，抗凝血材料的研究体系主要包括有金属及其氧化物材料，无机材料，高分子材料几大类。例如钛金属、氧化锌、碳纤维、生物陶瓷、聚氨醋、聚乳酸、胶原、壳聚糖等。作为植入体的生物医用材料，必须满足生物相容性或活性、化学稳定性和良好的机械性能。因此，对生物材料表面改性是提高植入体生物相容性能的主要途径，而表面改性手段包括生物材料涂层化和材料表面微结构化(或活性化)及其复合技术。不管是组织工程中的骨替换材料还是传统植入体的血液接触材料，其研究核心要素都包括支架材料(载体)、表面生物活性因子(生长因子)和功能细胞(种子细胞)，寻求将这三要素有机结合的新工艺、新技术是目前生物医用材料研究的重要方向。
材料与组织的反应，既有微米层次的材料-细胞或材料-组织之间，又有纳米尺度的材料-蛋白质之间的相互作用。经由纳米尺度的蛋白质识别与结合，进而与细胞受体配位，使细胞在材料表面黏附生长，引起组织再生，实现修复。因此，植入材料在纳米层次的表面特征，包括表面成分、结构、尺度和形貌至关重要。因此，多尺度微-纳结构材料表面设计的研究已表明能够明显地提高其生物相容性并引起极大关注，它不仅可以提高表面改性材料的机械力学性能，同时有利于活性生物基团生长，提高生物材料或植入体的生物相容性能。
发明内容
为了克服目前体内植入材料普遍存在的在体液环境中不稳定，机械性能差，生物相容性不够优异而导致其医学应用受到限制的问题，本发明的目的在于，提供一种由TiO2纳米线和非晶碳薄膜组成的多尺度微-纳米图案结构的复合功能材料，其可用作植入人体内生物器件的生物材料或涂层，可与血液相互接触并能呈现出良好的抗凝血性能。
本发明的另一目的在于提供上述由TiO2纳米线和非晶碳薄膜组成的多尺度微-纳米图案结构的抗凝血复合功能材料的制备方法。
本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种微-纳多尺度图案结构的抗凝血复合生物材料，包括：基片衬底；在该基片衬底上生长的二氧化钛(TiO2)纳米线阵列；以及包覆在该纳米线阵列顶端的一层非晶碳薄膜。
根据本发明实施例的抗凝血复合生物材料，所述基片衬底采用氟化导电玻璃(FTO)基底或金属钛或钛合金；得到的TiO2纳米线呈区域性生长，纳米线束的直径分布为20～200纳米，材料是锐钛矿结构。
根据本发明实施例的抗凝血复合生物材料，所述TiO2纳米线阵列组成为各种微米级别的图案阵列结构；图案化过程是采用掩膜板图形转移的光刻技术或丝网印刷技术实现的。
根据本发明实施例的抗凝血复合生物材料，所述图案包括条纹型，方格子型，圆点排列型等各种图型，图案线宽或间距范围在0.1～5微米之间。
根据本发明实施例的抗凝血复合生物材料，所述非晶碳包覆在TiO2纳米线阵列顶端，其厚度在10-100纳米范围内。
另外，本发明还提出了一种微-纳多尺度图案结构的抗凝血复合生物材料的制备方法，包括以下步骤：
1)采用光刻技术，将所设计的各种微米尺度规格的图案光刻掩模板图案，转移到涂有感光胶的氟化导电玻璃(FTO)或金属钛衬底上，通过腐蚀得到与掩模板一致的图案；
2)将上述图案化的FTO或金属钛衬底置入反应釜，采用水热合成法生长二氧化钛的纳米线阵列，所述TiO2纳米线阵列呈现出微米尺度的图案，所形成的TiO2纳米线微-纳图案与光刻掩膜板图案相似或反演；
3)在制得的微-纳米图案阵列表面包覆一层非晶碳薄膜，形成微-纳图案结构的TiO2纳米线/非晶碳复合薄膜材料。
根据本发明实施例的抗凝血复合生物材料的制备方法，步骤1)中，所述光刻采用正胶或负胶进行光刻。
根据本发明实施例的抗凝血复合生物材料的制备方法，步骤2)中，所述水热合成法的工艺为：对于100ml容量的反应釜，生长温度控制在120℃～180℃，盐酸与去离子水的体积比例配置为15/25，17/22，20/20，22/17，再加入0.2～0.7ml的分析纯试剂钛酸丁酯(纯度为98％)。
根据本发明实施例的抗凝血复合生物材料的制备方法，步骤3)中，所述非晶碳薄膜的厚度在10-100纳米范围内，非晶碳薄膜中sp3C-C键成份在20％～90％可调。
根据本发明实施例的抗凝血复合生物材料的制备方法，步骤3)中，非晶碳薄膜的制备方法是采用脉冲磁过滤阴极金属真空弧镀膜方法制备，典型工艺条件为：本底真空为10-2～1.0×10-4Pa，触发电压为5.5kV，频率为1～20Hz，衬底负偏压可调。
借由上述技术方案，本发明微-纳多尺度图案结构的抗凝血复合生物材料及其制备方法具有的技术效果如下：
本发明选取微-纳米TiO2纳米线图案结构和非晶碳薄膜复合材料体系，通过设计出不同尺度的微-纳结构图案，并在其顶端包覆非晶碳薄膜；一方面可以改善血液接触材料界面的表面性质，从而影响血小板粘附的因素，如亲疏水性、表面能、表面形貌、粗糙度等；另一方面控制材料的能带结构，阻止血浆中纤维蛋白向材料转移电子，以减少该因素最终引发的血栓，从而更加有效的提高材料的抗凝血性能。
本发明的抗凝血符合材料体系可应用于生物医用器械或植入体器件制备或表面改性，通过微-纳米尺度和材料的设计与制备，提高生物材料的血液相容特性，改善血液接触材料或器件的抗凝血性能。
因此，这种独特设计的多尺度微-纳图案结构的TiO2纳米线/非晶碳薄膜复合生物材料有望于成为抗凝血性能优异的生物材料。
附图说明
图1(a)为微米图案结构的掩模板网格图；图1(b)为微米图案结构的网格图的反演图；图1(c)为微米图案结构的条文图；图1(d)为微米图案结构的点阵图本。
图2(a)～2(d)分别为TiO2纳米线构成的不同微纳图案结构的典型SEM实验结果图。
图3为TiO2纳米线/非晶碳薄膜复合材料的结构示意图。
图4为TiO2纳米线阵列的X射线衍射图。
图5为TiO2纳米线/非晶碳薄膜复合材料与其他生物复合材料样品，在血液相容性方面，对血浆纤维蛋白(FHG)吸附量的对比(吸光密度OD标定)图。
具体实施方式
请参阅图1(a)～图1(d)所示，为本发明的微米图案结构的掩模板示意图。但本发明并不局限于此图案的设计。本发明设计了一种具有微-纳结构图案的TiO2纳米阵列并在纳米线顶端包覆一层非晶碳薄膜的复合材料。其材料体系成本低，制备方法简单，所制得的复合薄膜与基体材料附着性能良好，下层TiO2纳米线尺寸和阵列图案易控制，上层非晶碳薄膜致密均匀，sp3C-C键成份可控，如图3所示。
本发明TiO2纳米线/非晶碳薄膜复合材料的制备方法，包括以下工艺步骤：
1)首先，采用光刻技术，将所设计的各种微米尺度规格的图案光刻掩模板图案(如图1所示)，转移到涂有感光胶的氟化导电玻璃(FTO)或金属钛衬底上，通过腐蚀得到与掩模板一致的图案。
2)其次，将上述图案化的FTO或金属钛衬底置入反应釜，用水热合成法生长二氧化钛的纳米阵列。阵列整体呈现微-纳米图案结构，表现出微相分离，其亲疏水性变化较大，也易于非晶碳的附着。由于TiO2纳米线只能在微米级图案区域进行选择性生长，在没有FTO薄膜区域或被光刻胶覆盖的区域无法生长TiO2纳米线。因此，TiO2纳米线阵列呈现出微米尺度的图案，所形成的TiO2纳米线微-纳图案与光刻掩膜板图案相似或反演(如图2所示)，这取决于采用的正胶还是负胶进行光刻。
其中，图2(b)是与图1(a)掩模板相对应的图。
TiO2纳米阵列的制备方法是采用水热合成技术，其典型的制备条件为：对于100ml容量的反应釜，生长温度控制在120℃～180℃，盐酸与去离子水的体积比例分别配置为15/25，17/22，20/20，22/17，再加入0.2～0.7ml的分析纯试剂钛酸丁酯(纯度为98％)。
3)然后在制得的微-纳米图案阵列表面包覆一层非晶碳薄膜，其厚度在10-100纳米范围内；分别改变靶材负偏压或者脉冲频率等工艺参数，制得不同sp3C-C键含量的纳米级厚度的非晶碳薄膜，非晶碳薄膜中sp3C-C键成份在20％～90％可调，形成微-纳图案结构的TiO2纳米线/非晶碳复合薄膜材料。
非晶碳薄膜的制备方法是采用脉冲磁过滤阴极弧沉积技术，典型工艺条件为：本底真空为10-2～1.0×10-4Pa，触发电压为5.5kV，频率为1～20Hz，衬底负偏压可调。
4)最后，对各种规格的微-纳图案结构TiO2纳米线/非晶碳复合薄膜材料的表面形貌、亲疏水特性、白蛋白/纤维蛋白选择吸附、血小板黏附进行表征，研究微-纳米图案结构和尺度、非晶碳薄膜厚度和sp3成份对血液相容性的影响，从而研究凝血或抗凝血机理。
通过上述工艺步骤制备的TiO2纳米线和非晶碳薄膜复合微-纳米图案结构材料，用于血液接触材料或植入体器件的表面改性，通过改变图案的微米、纳米尺度和非晶碳薄膜厚度，调节并控制微-纳米图案结构的表面形貌、亲疏水性、电子转移特性等性质，用于改善复合材料的血液相容性。
以下通过较佳实施例对本发明的TiO2纳米线/非晶碳薄膜复合材料及其制备方法作进一步详细说明，但本发明并不仅限于以下的实施例。
实施例1
利用光刻技术制备微纳米尺度图案
通过制定一套图案规格的掩模板(图1(a)～图1(d)所示)，如：直径和间距都是1微米的点阵图、线宽：间距为1∶1.5微米的平行线阵列图、0.5微米×1微米点阵图，或它们的反演图。将掩模板的图案通过常规光刻技术或丝网印刷技术转移制备在氟化导电玻璃(FTO)上，最后得到与掩模板对应图案的氟化导电玻璃FTO衬底图案。
实施例2
水热合成法制备TiO
2
纳米线阵列微-纳图案结构
在微米级图案结构的氟化导电玻璃或钛金属衬底上，采用水热合成方法，在图案区域选择性合成TiO2纳米阵列。通过改变反应溶液的浓度、反应温度、生长时间，制备出不同直径、不同纳米线密度的TiO2纳米阵列，典型工艺为：钛酸丁酯0.5ml(纯度98％)、反应时间0.5小时、反应温度150℃、盐酸：去离子水的体积比例分别为15/25、18/23、20/20、23/18。
实施例3
脉冲磁过滤阴极金属真空弧制备非晶碳薄膜
采用脉冲磁过滤阴极弧在TiO2纳米线阵列微-纳图案结构的样品表面，更确切地说，是在纳米线阵列顶端包覆一层致密的非晶碳薄膜，薄膜厚度在20～200纳米之间，厚度的选择取决于纳米线阵列的粗细和密度，保证非晶碳薄膜能全覆盖纳米线顶端并维持纳米线阵列顶端平面的表面形貌基本不变。阴极靶材是直径为10mm，纯度为99.99％的石墨，衬底距弧源的距离为16cm，真空室的工作气压为9.0×10-5Pa，沉积过程中触发电压为5.5keV，靶材负偏压为100V，通过调节频率，制备sp2/sp3成分在20％-90％范围内的非晶碳薄膜。
实施例4
微-纳图案结构TiO
2
纳米线阵列/非晶碳复合薄膜材料的微结构和血液相容性
X射线衍射(XRD)结果表明(图4所示)，TiO2纳米阵列为锐钛矿结构。通过热场发射环境扫描电镜(SEM)、接触角测试分析，对微-纳米图案化结构的复合材料表面形貌、亲疏水性进行研究，结果表明：总体呈现出疏水性，表面能小，且表面形貌、亲疏水性与微米级图案、TiO2纳米线尺寸和密度有密切的关系。采用拉曼光谱对非晶碳薄膜中sp3C-C的成分百分含量进行标度。
实施例5
对于上述实施例所描述的一系列图案化TiO2纳米阵列/非晶碳复合薄膜样品进行血液相容性测试。包括血小板黏附实验、本实施案例首先进行血小板粘附实验，以观察其粘附数量以及形变情况，评判材料的血液相容性。其实验过程如下：
1)采血
健康雄兔颈部伤口，分离颈动脉，阻断血流。切开颈动脉，在近端插入预涂聚氨酯的2mm胶管，开放血流，舍弃最早流出1ml血流，然后将流出的兔血收集在装有3ml 3.2％枸橼酸钠的烧杯中，轻轻摇匀，至总容积60ml为止，再流入另一只装有枸橼酸钠的烧杯，保持兔血/枸橼酸钠体积比为9∶1。
2)制备血小板悬浮液
将抗凝兔血分别装入离心试管，在1000转/分下离心20分钟，分离上层黄色血浆，即为富血小板血浆(Platelet-rich plasma——PRP)；将PRP再装入离心管，在3000转/分下离心20分钟，此上清血浆为贫血小板血浆(Platelet-poor plasma——PPP)；
此时送0.5ml PPP去血小板计数，留0.5ml PPP备用，其余PPP经过0.4μm漏斗过滤，得无血小板血浆(PFP)，将计量好体积的PPP与PFP配制成2000个/μl浓度的稀释血小板悬浮液。
3)血小板粘附
圆柱形内腔(内径10mm，容积12ml)的有机玻璃容器，每个底部分别贴上1个待试样品或者对照样品，对照样品一般选玻璃和聚氨酯(或硅橡胶)；
同时加入1.2ml血小板悬浮液，塞盖，保证没有气泡和不泄漏，所有样品先表面朝上，以3500转/分离心1分钟后自然停止。
4)试样处理
将容器从离心机取出，用PBS溶液(或者台式缓冲液Tys)清洗3次，操作方式为倾斜容器，让吸管接触器壁，让溶液慢慢顺壁而下，切莫让液柱直接冲刷样品表面(下面各步与此相同)；用镊子小心将上述试样从有机玻璃容器取出，转移至5ml小瓶内(西林瓶)，注意吸附面朝上，放入2.0％戊二醛1ml固定；
此后在电镜室操作，系列乙醇脱水，临界点干燥(或者冷冻干燥)，镀金。
5)扫描电镜观察
在扫描电镜下，每个样品随机取6～10个不同的低倍视野下(×500)拍照，作日后计算粘附血小板的数目，取平均值，同时在2～3个高倍视野(×2000～×3000)拍照，用作日后分析血小板的形状。
实施例6
对上述材料进行人纤维蛋白(FHG)的吸附性实验，从而评价材料的生物相容性。其实验过程如下：
1)用PBS溶液配备3ml/ml的人纤维蛋白原溶液；
2)把面积相等(7mm*7mm)的样品放进酶标板孔中，每孔加入200uL人纤维蛋白原溶液中，在37℃孵化箱孵育2h，开启摇床装置；
3)用PBS溶液洗涤3遍，每次3min，在室温下干燥；
4)将辣根过氧化物酶标记的羊抗人纤维蛋白原溶液融入PBST溶液中，得到抗体溶液；
5)将样品转移到新酶标板测试孔中，每孔加入200uL抗体溶液，37℃下孵育样1h.；
6)用PBST将样品洗涤3次，每次3min，在室温下干燥；
7)将样品转移到新酶标板测试孔中，每孔加入100uL TMB工作液，在37℃下避光反应10min；
8)在各孔中加入50uL 0.2M的硫酸后溶液终止反应；
9)把样品从酶标孔夹出，用酶标仪测定溶液在450nm下的吸光度(OD)值。通过标准曲线，计算样品表面吸附纤维蛋白原的数量。
通过研究TiO2纳米阵列、无图案化TiO2纳米阵列、图案化TiO2纳米阵列/非晶碳复合薄膜及其微-纳米尺度差异对材料血液相容性的影响，寻找最佳的微-纳图案及其制备工艺，以寻求获得血液相容性优异的图案化TiO2纳米阵列/非晶碳复合薄膜样品。
另外，请参阅图5所示，为本发明的TiO2纳米线/非晶碳薄膜复合材料与其他生物复合材料样品，在血液相容性方面，对血浆纤维蛋白(FHG)吸附量的对比(吸光密度OD标定)图。图中。横坐标对应的依次是：TiO2纳米线样品(TiO2)、TiO2纳米线/非晶碳薄膜(TiO2/C1-3)和FTO/C3复合材料样品。图5为TiO2纳米线样品，非晶碳薄膜样品，以及镀碳工艺条件为60V，100V，150V负偏压下TiO2纳米线/非晶碳薄膜(C1-3)的复合材料样品，对血浆纤维蛋白(FHG)吸附量的对比(吸光密度OD标定)图。结果表明在负偏压为100V工艺参数下，TiO2纳米线/非晶碳薄膜复合材料吸附的纤维蛋白最少，体现出最好的血液相容性。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，故凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (10)
1.一种微-纳多尺度图案结构的抗凝血复合生物材料，其特征在于其包括：
基片衬底；
在该基片衬底上生长的二氧化钛(TiO2)纳米线阵列；以及
包覆在该纳米线阵列顶端的一层非晶碳薄膜。
2.根据权利要求1所述的微-纳多尺度图案结构的抗凝血复合生物材料，其特征在于：所述基片衬底采用氟化导电玻璃(FTO)基底或金属钛或钛合金；得到的TiO2纳米线呈区域性生长，纳米线束的直径分布为20～200纳米，材料是锐钛矿结构。
3.根据权利要求1所述的微-纳多尺度图案结构的抗凝血复合生物材料，其特征在于：所述TiO2纳米线阵列组成为各种微米级别的图案阵列结构；图案化过程是采用掩膜板图形转移的光刻技术或丝网印刷技术实现的。
4.根据权利要求3所述的微-纳多尺度图案结构的抗凝血复合生物材料，其特征在于：所述图案包括条纹型，方格子型，圆点排列型等各种图型，图案线宽或间距范围在0.1～5微米之间。
5.根据权利要求1所述的微-纳多尺度图案结构的抗凝血复合生物材料，其特征在于：所述非晶碳包覆在TiO2纳米线阵列顶端，其厚度在10-100纳米范围内。
6.一种微-纳多尺度图案结构的抗凝血复合生物材料的制备方法，其特征在于其包括以下步骤：
1)采用光刻技术，将所设计的各种微米尺度规格的图案光刻掩模板图案，转移到涂有感光胶的氟化导电玻璃(FTO)或金属钛或钛合金衬底上，通过腐蚀得到与掩模板一致的图案；
2)将上述图案化的FTO或金属钛衬底置入反应釜，采用水热合成法生长二氧化钛的纳米线阵列，所述TiO2纳米线阵列呈现出微米尺度的图案，所形成的TiO2纳米线微-纳图案与光刻掩膜板图案相似或反演；
3)在制得的微-纳米图案阵列表面包覆一层非晶碳薄膜，形成微-纳图案结构的TiO2纳米线/非晶碳复合薄膜材料。
7.根据权利要求6所述的抗凝血复合生物材料的制备方法，其特征在于：步骤1)中，所述光刻采用正胶或负胶进行光刻。
8.根据权利要求6所述的抗凝血复合生物材料的制备方法，其特征在于：步骤2)中，所述水热合成法的工艺为：对于100ml容量的反应釜，生长温度控制在120℃～180℃，盐酸与去离子水的体积比例配置为15/25，17/22，20/20，22/17，再加入0.2-0.7ml的钛酸丁酯。
9.根据权利要求6所述的抗凝血复合生物材料的制备方法，其特征在于：步骤3)中，所述非晶碳薄膜的厚度在10-100纳米范围内，非晶碳薄膜中sp3C-C键成份在20％～90％可调。
10.根据权利要求6所述的抗凝血复合生物材料的制备方法，其特征在于：步骤3)中，所述非晶碳薄膜的制备方法是采用脉冲磁过滤阴极-金属真空弧镀膜方法制备，典型工艺条件为：本底真空为10-2～1.0×10-4Pa，触发电压为5.5kV，频率为1～20Hz，衬底负偏压可调。
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Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105097452A (zh) * | 2015-07-07 | 2015-11-25 | 中山大学 | 一种具有微米、亚微米和纳米多级结构的碳化硅薄膜的制备方法 |
| CN105970191A (zh) * | 2016-05-16 | 2016-09-28 | 南昌航空大学 | 一种在铜表面制备抗凝血氧化锌薄膜的方法 |
| CN108620111A (zh) * | 2017-03-16 | 2018-10-09 | 中国科学院金属研究所 | 一种纳米氮化钛基复合材料及其制备方法和应用 |
| CN113264498A (zh) * | 2021-04-08 | 2021-08-17 | 哈尔滨工业大学（深圳） | 金属氧化物界面装置及其制备方法与应用 |
| CN115732115A (zh) * | 2021-09-01 | 2023-03-03 | 三星电机株式会社 | 纳米线束及制造纳米线束的方法 |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1539513A (zh) * | 2003-10-29 | 2004-10-27 | 中山大学 | 可用于医用内植体的碳素生物涂层材料及其制备方法 |
| CN1791437A (zh) * | 2003-05-16 | 2006-06-21 | 布卢薄膜有限责任公司 | 具有生物相容性涂层的医用植入物 |
| CN101024096A (zh) * | 2007-02-12 | 2007-08-29 | 中山大学 | 一种表面改性处理的人工器官及其制备方法 |
| CN101191248A (zh) * | 2006-12-01 | 2008-06-04 | 西南交通大学 | 在钛基底材料表面制备二氧化钛纳米管阵列层的方法 |
| WO2009154273A1 (ja) * | 2008-06-20 | 2009-12-23 | 大阪瓦斯株式会社 | 酸化チタン被覆炭素繊維及び多孔質酸化チタン被覆炭素材料組成物 |
| CN101994094A (zh) * | 2010-09-30 | 2011-03-30 | 江苏大学 | 一种室温下制备金红石型TiO2薄膜的方法 |
| CN102107850A (zh) * | 2011-01-27 | 2011-06-29 | 湘潭大学 | 一种表面包覆碳层的金红石单晶二氧化钛核壳结构纳米线阵列的制备方法 |
-
2011
- 2011-12-09 CN CN201110410849.2A patent/CN102442632B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1791437A (zh) * | 2003-05-16 | 2006-06-21 | 布卢薄膜有限责任公司 | 具有生物相容性涂层的医用植入物 |
| CN1539513A (zh) * | 2003-10-29 | 2004-10-27 | 中山大学 | 可用于医用内植体的碳素生物涂层材料及其制备方法 |
| CN101191248A (zh) * | 2006-12-01 | 2008-06-04 | 西南交通大学 | 在钛基底材料表面制备二氧化钛纳米管阵列层的方法 |
| CN101024096A (zh) * | 2007-02-12 | 2007-08-29 | 中山大学 | 一种表面改性处理的人工器官及其制备方法 |
| WO2009154273A1 (ja) * | 2008-06-20 | 2009-12-23 | 大阪瓦斯株式会社 | 酸化チタン被覆炭素繊維及び多孔質酸化チタン被覆炭素材料組成物 |
| CN101994094A (zh) * | 2010-09-30 | 2011-03-30 | 江苏大学 | 一种室温下制备金红石型TiO2薄膜的方法 |
| CN102107850A (zh) * | 2011-01-27 | 2011-06-29 | 湘潭大学 | 一种表面包覆碳层的金红石单晶二氧化钛核壳结构纳米线阵列的制备方法 |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105097452A (zh) * | 2015-07-07 | 2015-11-25 | 中山大学 | 一种具有微米、亚微米和纳米多级结构的碳化硅薄膜的制备方法 |
| CN105097452B (zh) * | 2015-07-07 | 2017-10-13 | 中山大学 | 一种具有微米、亚微米和纳米多级结构的碳化硅薄膜的制备方法 |
| CN105970191A (zh) * | 2016-05-16 | 2016-09-28 | 南昌航空大学 | 一种在铜表面制备抗凝血氧化锌薄膜的方法 |
| CN105970191B (zh) * | 2016-05-16 | 2018-04-03 | 南昌航空大学 | 一种在铜表面制备抗凝血氧化锌薄膜的方法 |
| CN108620111A (zh) * | 2017-03-16 | 2018-10-09 | 中国科学院金属研究所 | 一种纳米氮化钛基复合材料及其制备方法和应用 |
| CN108620111B (zh) * | 2017-03-16 | 2021-01-22 | 中国科学院金属研究所 | 一种纳米氮化钛基复合材料及其制备方法和应用 |
| CN113264498A (zh) * | 2021-04-08 | 2021-08-17 | 哈尔滨工业大学（深圳） | 金属氧化物界面装置及其制备方法与应用 |
| CN115732115A (zh) * | 2021-09-01 | 2023-03-03 | 三星电机株式会社 | 纳米线束及制造纳米线束的方法 |
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