CN103357070A - 具有诱导成骨活性的医用β钛合金复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种具有诱导成骨活性的医用β钛合金复合材料及其制备方法，该材料的组成包括基体材料以及附着在基体表面原位生成的氧化钛纳米管阵列层，氧化钛纳米管层中含有BMP-2细胞生长因子；其中，基体材料为Ti-25Nb-6Zr-xMo系医用β钛合金，其中x=2-5，所述的合金表面原位生成的纳米管的管径在30～50nm之间，长度在200～300nm，垂直于钛合金表面呈阵列排布。本发明得到的复合材料具有超低弹性模量，能够与骨组织间形成更好的界面力学匹配，成骨细胞能在医用β钛合金表面载有BMP-2的氧化钛纳米管生物复合材料的表面快速贴壁生长，且增殖明显，具有良好的诱导成骨细胞分化增殖并分泌成骨基质的作用，可用于各类骨的修复或替换。
Description
技术领域
本发明的技术方案涉及医用β钛合金的表面纳米化及表面活化，具体地说是具有诱导成骨活性的医用β钛合金复合材料及其制备方法。
背景技术
钛及其合金以其优异的生物相容性和力学适应性成为生物医用金属材料的首选，其中医用β钛合金具有更低的弹性模量、更好的生物相容性、耐磨耐蚀性和成型性，而且无潜在的毒性元素存在，因此更适合于作为种植体材料使用。随着纳米科技和纳米制备技术的发展，通过对医用钛合金表面纳米化改性来提高其生物相容性和生物活性成为人们关注的研究热点之一。作为种植体材料，钛合金表面的纳米化生物层除了赋予钛合金优异的成骨性能外，还应充分发挥其纳米特性来满足其临床使用要求。二氧化钛良好的生物相容性、血液相容性、耐磨耐蚀性以及超润湿性等优异的生物特性已经得到了逐步证实，被公认为是一种非常好的生物改性层，且二氧化钛与钛及钛合金的热膨胀系数非常接近，若采用原位生成技术将有望实现其与基体间牢固的界面结合。
骨形态发生蛋白-2（BMP-2）是一种具有优异诱导成骨的细胞生长因子，而BMP-2的载体材料的选择、传递方式等均可影响其在局部诱导骨组织形成的效果，仅靠外源性植入BMP-2在骨损伤部位存在的时间及浓度是有一定限度的，往往不能满足某些骨损伤修复的需要，而加大BMP-2蛋白的使用剂量，有可能会发生异位成骨等并发症，而且也大大增加了患者的经济负担，故如何小剂量高效率的实现BMP-2细胞生长因子局部诱导成骨也成为生物材料研究的热点。在开发纳米材料的过程，发现由于纳米材料具有更高的比表面积和更高的表面吸附特性，因此人们逐渐将纳米材料作为细胞生长因子的载体材料，通过纳米材料的缓释作用达到小剂量释放且加长作用时效的目的。因此通过纳米制备技术在医用β钛合金表面制备具有载体功效的表面纳米层并通过承载细胞生长因子提高骨诱导能力的纳米化生物活性层是开发具有成骨诱导作用的种植体材料的一个发展趋势。
自纳米碳管问世以来，人们对纳米管材料表现出来的奇特性能给予了更多的关注，并开始采用各种制备方法来制备不同物质的纳米管。目前在钛及钛合金表面制备氧化钛纳米管阵列的方法主要为电化学阳极氧化法。CN200810070648（还未授权）公开了一种具有生物活性的氧化钛纳米管阵列的制备方法，该方法以纯钛或Ti6Al4V钛合金为阳极，铂片为阴极，在含5-15g/L的NaH2PO4和质量百分比为0.5%HF电解液中，以10-20V的电压，于10-30℃的水浴中氧化20-60min，即在纯钛或钛合金表面构筑一层厚度为300-1000nm的氧化钛纳米管阵列膜。该发明的特点在于在电解液中加入少量的NaH2PO4即可赋予氧化钛纳米管阵列膜生物活性，该发明的不足之处在于，其所用基体材料为纯钛和Ti6Al4V，作为骨修复和替换材料其弹性模量较医用β钛合金大得多，其生物力学适应性较差，且其所制备的纳米管管径较 大，在80-120nm范围内。CN200710085928公开了一种羟基磷灰石氧化钛纳米管阵列的复合涂层材料的制备方法，其目的是提供一种活性涂层材料的制备方法，其特征在于：以钛或钛合金基体作为阳极，电解氧化制备出氧化钛纳米管阵列模板，配制出Ca(NO3)2.4H2O乙醇溶液和P2O5乙醇溶液，滴加混合后搅拌均匀即得羟基磷灰石溶胶，将羟基磷灰石以纳米线形式嵌入到氧化钛纳米管阵列中，经热处理后得到具有生物活性的复合涂层材料。该项发明的不足之处在于改善氧化钛纳米管生物活性的工艺过程复杂，制备时间长，羟基磷灰石纳米线在纳米管阵列表面的分布均匀性差。CN200610022386公开了一种在钛基底材料表面制备二氧化钛纳米管阵列层的方法，钛基材经表面预处理后在含HF酸的电解液中进行电化学阳极氧化处理，混合电解液组成为：磷酸二氢铵1-3mol/L，氢氟酸0.2-0.4mol/L，得到具有非晶态二氧化钛纳米管表面构造，后续经热处理获得锐钛矿型二氧化钛纳米管阵列层，该发明所制备的二氧化钛纳米管管径较大，为80-100nm。CN201110138088（还未授权）公开了一种二氧化钛纳米管阵列的制备方法，该项发明采用两步阳极氧化解决管径大小不均，纳米管表面凹凸不平问题，所用电解液配制较为复杂，以氟化物为溶质，水为溶剂，并加入了醇类添加剂，增加了制备工艺的繁琐性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种具有诱导成骨活性的医用β钛合金复合材料及其制备方法。本发明选用的基体材料为自行设计的具有良好生物相容性和力学适应性的的医用Ti-25Nb-6Zr-xMo(其中x＝2-5)β钛合金，并在该合金表面原位生成氧化钛纳米管阵列层，不但更好地解决了生物活性涂层与钛合金基体的界面结合问题，还进一步提高了钛合金表面的亲水特性，另外，本发明还将氧化钛纳米管阵列层作为BMP-2的纳米载体，实现BMP-2缓释和延长诱导成骨时效的作用。本发明的制备方法克服了目前常用的那些制备方法中由于使用昂贵的设备、制备条件苛刻而造成产品制造成本高的缺点，而且制备工艺简单、可控性强。
本发明的技术方案是：
一种具有诱导成骨活性的医用β钛合金复合材料，该材料的组成包括基体材料以及附着在基体表面原位生成的氧化钛纳米管阵列层，氧化钛纳米管层中含有BMP-2细胞生长因子；其中，基体材料为Ti-25Nb-6Zr-xMo系医用β钛合金，其中x=2-5，所述的其表面原位生成的纳米管阵列层的纳米管直径在30～50nm之间，长度在200～300nm，垂直于钛合金表面呈阵列排布。
本发明的具有诱导成骨活性的医用β钛合金复合材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）医用β钛合金的熔炼
以纯钛棒、Ti-70Nb合金棒、Zr棒及Mo粉为原料，按照质量比Ti：Nb：Zr：Mo＝64～67：25：6：2～5，其中涉及元素质量百分比之和为100%，将原料采用真空悬浮炉熔炼并离心浇铸成型Ti-25Nb-6Zr-xMoβ钛合金，其中x＝2-5；
（2）医用β钛合金基体表面预处理
将熔炼好的Ti-25Nb-6Zr-xMo系医用β钛合金加热到1100℃保温30min后热轧成直 径为12mm的棒状，然后将该钛合金棒切割成100～300mm小段放入真空退火炉中于氩气保护气氛中在820℃退火处理40min，然后将钛合金棒线切割成厚度为2mm的试样片，其表面经砂纸打磨、依次以丙酮、无水乙醇和去离子水为介质进行超声波清洗，然后用混合溶液对样品进行化学抛光处理，再用自来水冲洗，及无水乙醇超声清洗，待用；
（3）阳极氧化法在医用β钛合金表面原位生成氧化钛纳米管阵列层
以上面经过表面预处理的Ti-Nb-Zr-Mo系医用β钛合金样品作为阳极，以铂电极作为阴极，在室温下以氢氟酸水溶液为电解液，用直流稳压电源加电压10V～20V反应15min～45min即可在该钛合金表面制备出管径在30～50nm，管长在200～300nm的呈阵列排布的氧化钛纳米管层；
（4）采用生物浸渍法在氧化钛纳米管层中负载BMP-2细胞生长因子
将BMP-2配制成浓度为2.5μg/ml的水溶液，将制备好的表面有氧化钛纳米管层的钛合金样品放入装有配制好的BMP-2溶液的容器中密封，在室温常压下进行生物浸渍12～24h，将样品从浸渍液中取出，室温下自然干燥。
所述的步骤（3）中的氢氟酸水溶液的浓度为质量百分比浓度0.1%～0.5%。
所述的步骤（2）中的混合溶液为由质量百分比浓度为0.5%～1%氢氟酸与质量百分比浓度为3%～5%硝酸按1:5的体积比混合而成。
所述的钛棒纯度为99.9%；Zr棒纯度为99.9%；Mo粉纯度为99.9%。涉及的原料均为市售所得。
本发明的有益效果是：本发明所采用的金属基体为Ti-Nb-Zr-Mo系医用β钛合金，与目前研究中常采用的钛及Ti-6Al-4V合金相比，该钛合金中无生物毒性元素，且具有超低弹性模量，能够与骨组织间形成更好的界面力学匹配。与普通的氧化钛层相比，所制备的氧化钛纳米管具有非常高的比表面积，该阵列层经紫外光照消毒后具有超亲水性，且其界面粘附功大大提高，其生物学性能得到了质的飞跃。试验表明，在载有BMP-2的氧化钛纳米管层表面能快速诱导钙磷沉积，且钙磷沉积速率大大提高，沉积量也增大。为了进一步考察其生物相容性和生物活性，进行的细胞培养实验结果表明：细胞能在医用β钛合金表面载有BMP-2的氧化钛纳米管生物复合材料的表面快速贴壁生长，且增殖明显，表明该材料本身无细胞毒性，具有良好的诱导成骨细胞分化增殖并分泌成骨基质的作用。
本发明通过阳极氧化法制备氧化钛纳米管阵列层，此制备方法所用电解液单一，操作简单，在常温常压下即可在医用β钛合金表面原位生成直径在30～50nm的氧化钛纳米管阵列，且制备效率高。采用生物浸渍法将BMP-2载于氧化钛纳米管的操作更为简单，无需外加设备，只需在室温下将样品放入装有BMP-2的容器中密封放置一定时间即可完成。本发明方法在医用β钛合金基体表面制备氧化钛纳米管阵列层的工艺以及将BMP-2载于纳米管层中的方法均是在常压大气气氛中完成的，克服了用等离子喷涂法、激光熔覆法、等离子体浸没离子注入法、或其他电化学方法的工序繁杂、对设备要求苛刻、制备成本高的缺点。由于本方法制备工艺简单，制备效率高、可控性好、制备成本低，可实现载有BMP-2细胞生长因子的氧化钛纳米管生物活性层的产业化生产，有利于促进该类生物医学材料在临床上的推广和应用。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1为制备具有诱导成骨活性的医用β钛合金复合材料的工艺流程。
图2为实施例1制备的氧化钛纳米管阵列层的表面及截面SEM形貌，其中，图2a为表面的SEM形貌，图2b为截面的SEM形貌
图3为实施例1抛光后钛合金表面和氧化钛纳米管层表面经紫外光照后与水作用的表面接触角照片，其中，图3a为抛光后钛合金，图3b为表面有氧化钛纳米管层的钛合金
图4为实施例1BMP-2细胞生长因子载于氧化钛纳米管层的SEM照片，其中，图4a为低倍形貌，图4b为高倍形貌
图5为实施例1载有BMP-2的氧化钛纳米管生物活性层模拟体液培养7天后的表面形貌，其中，图5a为低倍下的SEM形貌，图5b为高倍下的SEM形貌
图6为实施例1模拟体液培养7天后载有BMP-2氧化钛纳米管生物活性层表面沉积物的能谱图。
图7为实施例1模拟体液培养7天后载有BMP-2氧化钛纳米管生物活性层表面沉积物的红外光谱图
图8为实施例1细胞培养3天载有BMP-2的氧化钛纳米管生物活性层上的细胞生长形态，其中，图8a为低倍下细胞的SEM形貌，图8b为高倍下细胞的SEM形貌
具体实施方式
实施例1
（1）医用β钛合金的熔炼
采用d电子理论与Mo当量相结合的方法确定钛合金的成分含量，以纯钛棒（纯度为99.9%）、Ti-70Nb合金棒、Zr棒（纯度为99.9%）及Mo粉（纯度为99.9%）为原料，按照质量比Ti：Nb：Zr：Mo＝67：25：6：2，其中涉及元素质量百分比之和为100%，采用真空悬浮炉熔炼并离心浇铸成型Ti-25Nb-6Zr-2Moβ钛合金。
（2）医用β钛合金基体表面预处理
将熔炼好的Ti-25Nb-6Zr-2Mo医用β钛合金加热到1100℃保温30min后热轧成直径为12mm的棒状，然后将该钛合金棒切割成200mm小段放入真空退火炉中于氩气保护气氛中在820℃退火处理40min，然后将钛合金棒线切割成厚度为2mm的试样片，其表面经砂纸打磨、依次以丙酮、无水乙醇和去离子水为介质进行超声波清洗，然后用质量百分比浓度为0.8%氢氟酸与质量百分比浓度为3%硝酸按1:5的体积比混合成溶液对样品进行化学抛光处理，再用自来水冲洗，及无水乙醇超声清洗，待用。
（3）阳极氧化法在钛合金表面原位生成氧化钛纳米管阵列层
以上面的经过表面预处理的钛合金样品作为阳极，以铂电极作为阴极，在室温下以质量百分比浓度为0.3%的氢氟酸水溶液为电解液，用直流稳压电源加电压15V反应15min即可在该钛合金表面制备出管径在30～50nm，管长在200～300nm的呈阵列排布的氧化钛纳米管层。
（4）采用生物浸渍法在氧化钛纳米管层中负载BMP-2细胞生长因子
将BMP-2（市售）配制成浓度为2.5μg/ml的水溶液，将制备好的表面有氧化钛纳米管层的钛合金样品放入装有配制好的BMP-2溶液的容器中密封，在室温常压下进行生物浸渍24h，将样品从浸渍液中取出，室温下自然干燥。
图2为实施例1制备的氧化钛纳米管阵列层的表面及截面SEM形貌。可见所制备的氧化钛纳米管呈阵列垂直于钛合金表面生长，其管径为30-50nm（如图2a），管长约280nm（如图2b）。
图3为实施例1抛光后钛合金表面和氧化钛纳米管层表面经紫外光照后与水作用的表面接触角照片。可见，抛光后的钛合金表面与水的表面接触角较大，表现为表面疏水性（如图3a），而氧化钛纳米管层与水的表面接触角非常小，表现为表面超亲水性（如图3b），这为BMP-2细胞生长因子负载于该纳米管层中提供了条件。
图4为实施例1BMP-2细胞生长因子载于氧化钛纳米管层的SEM照片，扫描电镜低倍下可见膜样物质附着于材料表面（图4a），进一步放大看到膜样物质附着于氧化钛纳米管层中（图4b），这表明采用简单的生物浸渍法即可实现将BMP-2载于氧化钛纳米管层。
图5为实施例1载有BMP-2氧化钛纳米管生物活性层模拟体液培养7天后的表面形貌，低倍下可见该生物活性层表面的沉积物呈球状，非常致密，已经完全覆盖了纳米管表面，如图5a所示；高倍下球状沉积物表面呈纳米蜂孔状，如图5b。
图6为实施例1模拟体液培养7天后载有BMP-2氧化钛纳米管生物活性层表面沉积物的能谱图。从能谱分析表明，模拟体液培养后在载有BMP-2氧化钛纳米管生物活性层表面的沉积物为钙磷盐，其钙磷的原子比为1.57，非常接近骨的主要无机成分羟基磷灰石的钙磷比1.67。
图7为实施例1模拟体液培养7天后载有BMP-2氧化钛纳米管生物活性层表面沉积物的红外光谱图，从图谱分析可见明显的吸收峰，其中562.5cm-1和609.4cm-1是PO4 3-中的P-O的弯曲振动吸收峰，993.8cm-1和1125.0cm-1是P-O的反对称伸缩振动吸收峰，其中1125.0cm-1处的吸收峰分化程度越高，HAP的结晶度越高，876.0cm-1处为对应的HPO4 2-的吸收峰，1412.5cm-1处出现的双峰是CO3 2-的振动吸收峰，这是CO3 2-进入磷灰石结构的重要标志，这表明模拟体液培养过程中形成的为含有少量CO3 2-的HAP，研究表明，哺乳动物硬组织的无机成分中含有3%-5%的CO3 2-，可见在本发明样品表面形成的HAP更接近天然骨的成分。在3500～3200cm-1的宽吸收峰以及1656cm-1处为分子间氢键O-H伸缩振动引起的宽吸收峰，表明此处为吸附水的吸收峰。另外，蛋白的典型特征吸收峰与吸附水的特征吸收峰叠加，N-H的伸缩振动引起的吸收峰在3218.75cm-1，酰胺I带的C=O伸缩振动引起的吸收峰在1656.21cm-1，这表明骨形态发生蛋白也参与了诱导矿化过程。
图8为实施例1细胞培养3天载有BMP-2的氧化钛纳米管生物活性层上的细胞生长形态，低倍下可见细胞已经在材料表面铺展分化，呈现梭形和多边形，细胞形态饱满，呈现出细胞的生命力旺盛，并见细胞分泌的细胞外基质，基质间相互连接（图8a），为细胞的生长、增殖、迁移、分化、粘附和代谢提供了生理条件，是细胞生长正常的一个重要标志，也是诱导成骨前的一个重要标志。高倍下可见细胞伪足末端牢牢扒附于纳米管管壁上甚至伸入纳米管 内，这说明细胞已牢牢的粘附在材料表面（图8b）。由此说明，本发明所制备的材料具有诱导成骨细胞在其表面粘附生长、增殖进而诱导成骨的能力，同时也表现出了很好的细胞相容性。
实施例2
（1）医用β钛合金的熔炼
以纯钛棒（纯度为99.9%）、Ti-70Nb合金棒、Zr棒（纯度为99.9%）及Mo粉（纯度为99.9%）为原料，按照质量比Ti：Nb：Zr：Mo＝66：25：6：3，其中涉及元素质量百分比之和为100%，采用真空悬浮炉熔炼并离心浇铸成型Ti-25Nb-6Zr-3Moβ钛合金。
（2）医用β钛合金基体表面预处理
将熔炼好的Ti-25Nb-6Zr-3Mo医用β钛合金加热到1100℃保温30min后热轧成直径为12mm的棒状，然后将该钛合金棒切割成100mm小段放入真空退火炉中于氩气保护气氛中在820℃退火处理40min，然后将钛合金棒线切割成厚度为2mm的试样片，其表面经砂纸打磨、依次以丙酮、无水乙醇和去离子水为介质进行超声波清洗，然后用质量百分比浓度为0.8%氢氟酸与质量百分比浓度为4%硝酸按1:5的体积比混合成溶液对样品进行化学抛光处理，再用自来水冲洗，及无水乙醇超声清洗，待用。
（3）阳极氧化法在钛合金表面原位生成氧化钛纳米管阵列层
以上面的经过表面预处理的钛合金样品作为阳极，以铂电极作为阴极，在室温下以质量百分比浓度为0.4%的氢氟酸水溶液为电解液，用直流稳压电源加电压15V反应25min即可在该钛合金表面制备出管径在30～50nm，管长在200～300nm的呈阵列排布的氧化钛纳米管层。
（4）采用生物浸渍法在氧化钛纳米管层中负载BMP-2细胞生长因子
将BMP-2（市售）配制成浓度为2.5μg/ml的水溶液，将制备好的表面有氧化钛纳米管层的钛合金样品放入装有配制好的BMP-2溶液的容器中密封，在室温常压下进行生物浸渍24h，将样品从浸渍液中取出，室温下自然干燥。所得合金谱图及性能同实施例1。
实施例3
（1）医用β钛合金的熔炼
以纯钛棒（纯度为99.9%）、Ti-70Nb合金棒、Zr棒（纯度为99.9%）及Mo粉（纯度为99.9%）为原料，按照质量比Ti：Nb：Zr：Mo＝65：25：6：4，其中涉及元素质量百分比之和为100%，采用真空悬浮炉熔炼并离心浇铸成型Ti-25Nb-6Zr-4Moβ钛合金。
（2）医用β钛合金基体表面预处理
将熔炼好的Ti-25Nb-6Zr-4Mo医用β钛合金加热到1100℃保温30min后热轧成直径为12mm的棒状，然后将该钛合金棒切割成100mm小段放入真空退火炉中于氩气保护气氛中在820℃退火处理40min，然后将钛合金棒线切割成厚度为2mm的试样片，其表面经砂纸打磨、依次以丙酮、无水乙醇和去离子水为介质进行超声波清洗，然后用质量百分比浓度为0.9%氢氟酸与质量百分比浓度为5%硝酸按1:5的体积比混合成溶液对样品进行 化学抛光处理，再用自来水冲洗，及无水乙醇超声清洗，待用。
（3）阳极氧化法在钛合金表面原位生成氧化钛纳米管阵列层
以上面的经过表面预处理的钛合金样品作为阳极，以铂电极作为阴极，在室温下以质量百分比浓度为0.4%的氢氟酸水溶液为电解液，用直流稳压电源加电压15V反应35min即可在该钛合金表面制备出管径在30～50nm，管长在200～300nm的呈阵列排布的氧化钛纳米管层。
（4）采用生物浸渍法在氧化钛纳米管层中负载BMP-2细胞生长因子
将BMP-2（市售）配制成浓度为2.5μg/ml的水溶液，将制备好的表面有氧化钛纳米管层的钛合金样品放入装有配制好的BMP-2溶液的容器中密封，在室温常压下进行生物浸渍24h，将样品从浸渍液中取出，室温下自然干燥。所得合金谱图及性能同实施例1。
实施例4
（1）医用β钛合金的熔炼
以纯钛棒（纯度为99.9%）、Ti-70Nb合金棒、Zr棒（纯度为99.9%）及Mo粉（纯度为99.9%）为原料，按照质量比Ti：Nb：Zr：Mo＝67：25：6：2，其中涉及元素质量百分比之和为100%，采用真空悬浮炉熔炼并离心浇铸成型Ti-25Nb-6Zr-2Moβ钛合金。
（2）医用β钛合金基体表面预处理
将熔炼好的Ti-25Nb-6Zr-2Mo医用β钛合金加热到1100℃保温30min后热轧成直径为12mm的棒状，然后将该钛合金棒切割成100mm小段放入真空退火炉中于氩气保护气氛中在820℃退火处理40min，然后将钛合金棒线切割成厚度为2mm的试样片，其表面经砂纸打磨、依次以丙酮、无水乙醇和去离子水为介质进行超声波清洗，然后用质量百分比浓度为0.5%氢氟酸与质量百分比浓度为5%硝酸按1:5的体积比混合成溶液对样品进行化学抛光处理，再用自来水冲洗，及无水乙醇超声清洗，待用。
（3）阳极氧化法在钛合金表面原位生成氧化钛纳米管阵列层
以上面的经过表面预处理的钛合金样品作为阳极，以铂电极作为阴极，在室温下以质量百分比浓度为0.2%的氢氟酸水溶液为电解液，用直流稳压电源加电压20V反应15min即可在该钛合金表面制备出管径在30～50nm，管长在200～300nm的呈阵列排布的氧化钛纳米管层。
（4）采用生物浸渍法在氧化钛纳米管层中负载BMP-2细胞生长因子
将BMP-2（市售）配制成浓度为2.5μg/ml的水溶液，将制备好的表面有氧化钛纳米管层的钛合金样品放入装有配制好的BMP-2溶液的容器中密封，在室温常压下进行生物浸渍12h，将样品从浸渍液中取出，室温下自然干燥。所得合金谱图及性能同实施例1。
实施例5
（1）医用β钛合金的熔炼
以纯钛棒（纯度为99.9%）、Ti-70Nb合金棒、Zr棒（纯度为99.9%）及Mo粉（纯度为99.9%）为原料，按照质量比Ti：Nb：Zr：Mo＝67：25：6：2，其中涉及元素质量百分比之 和为100%，采用真空悬浮炉熔炼并离心浇铸成型Ti-25Nb-6Zr-2Moβ钛合金。
（2）医用β钛合金基体表面预处理
将熔炼好的Ti-25Nb-6Zr-2Mo医用β钛合金加热到1100℃保温30min后热轧成直径为12mm的棒状，然后将该钛合金棒切割成300mm小段放入真空退火炉中于氩气保护气氛中在820℃退火处理40min，然后将钛合金棒线切割成厚度为2mm的试样片，其表面经砂纸打磨、依次以丙酮、无水乙醇和去离子水为介质进行超声波清洗，然后用质量百分比浓度为0.7%氢氟酸与质量百分比浓度为4%硝酸按1:5的体积比混合成溶液对样品进行化学抛光处理，再用自来水冲洗，及无水乙醇超声清洗，待用。
（3）阳极氧化法在钛合金表面原位生成氧化钛纳米管阵列层
以上面的经过表面预处理的钛合金样品作为阳极，以铂电极作为阴极，在室温下以质量百分比浓度为0.4%的氢氟酸水溶液为电解液，用直流稳压电源加电压10V反应45min即可在该钛合金表面制备出管径在30～50nm，管长在200～300nm的呈阵列排布的氧化钛纳米管层。
（4）采用生物浸渍法在氧化钛纳米管层中负载BMP-2细胞生长因子
将BMP-2（市售）配制成浓度为2.5μg/ml的水溶液，将制备好的表面有氧化钛纳米管层的钛合金样品放入装有配制好的BMP-2溶液的容器中密封，在室温常压下进行生物浸渍24h，将样品从浸渍液中取出，室温下自然干燥。所得合金谱图及性能同实施例1
实施例6
（1）医用β钛合金的熔炼
以纯钛棒（纯度为99.9%）、Ti-70Nb合金棒、Zr棒（纯度为99.9%）及Mo粉（纯度为99.9%）为原料，按照质量比Ti：Nb：Zr：Mo＝64：25：6：5，其中涉及元素质量百分比之和为100%，采用真空悬浮炉熔炼并离心浇铸成型Ti-25Nb-6Zr-5Moβ钛合金。
（2）医用β钛合金基体表面预处理
将熔炼好的Ti-25Nb-6Zr-5Mo医用β钛合金加热到1100℃保温30min后热轧成直径为12mm的棒状，然后将该钛合金棒切割成200mm小段放入真空退火炉中于氩气保护气氛中在820℃退火处理40min，然后将钛合金棒线切割成厚度为2mm的试样片，其表面经砂纸打磨、依次以丙酮、无水乙醇和去离子水为介质进行超声波清洗，然后用质量百分比浓度为1%氢氟酸与质量百分比浓度为5%硝酸按1:5的体积比混合成溶液对样品进行化学抛光处理，再用自来水冲洗，及无水乙醇超声清洗，待用。
（3）阳极氧化法在钛合金表面原位生成氧化钛纳米管阵列层
以上面的经过表面预处理的钛合金样品作为阳极，以铂电极作为阴极，在室温下以质量百分比浓度为0.5%的氢氟酸水溶液为电解液，用直流稳压电源加电压15V反应30min即可在该钛合金表面制备出管径在30～50nm，管长在200～300nm的呈阵列排布的氧化钛纳米管层。
（4）采用生物浸渍法在氧化钛纳米管层中负载BMP-2细胞生长因子
将BMP-2（市售）配制成浓度为2.5μg/ml的水溶液，将制备好的表面有氧化钛纳米管 层的钛合金样品放入装有配制好的BMP-2溶液的容器中密封，在室温常压下进行生物浸渍24h，将样品从浸渍液中取出，室温下自然干燥。所得合金谱图及性能同实施例1
实施例7
（1）医用β钛合金的熔炼
以纯钛棒（纯度为99.9%）、Ti-70Nb合金棒、Zr棒（纯度为99.9%）及Mo粉（纯度为99.9%）为原料，按照质量比Ti：Nb：Zr：Mo＝65：25：6：4，其中涉及元素质量百分比之和为100%，采用真空悬浮炉熔炼并离心浇铸成型Ti-25Nb-6Zr-4Moβ钛合金。
（2）医用β钛合金基体表面预处理
将熔炼好的Ti-25Nb-6Zr-4Mo医用β钛合金加热到1100℃保温30min后热轧成直径为12mm的棒状，然后将该钛合金棒切割成200mm小段放入真空退火炉中于氩气保护气氛中在820℃退火处理40min，然后将钛合金棒线切割成厚度为2mm的试样片，其表面经砂纸打磨、依次以丙酮、无水乙醇和去离子水为介质进行超声波清洗，然后用质量百分比浓度为1%氢氟酸与质量百分比浓度为5%硝酸按1:5的体积比混合成溶液对样品进行化学抛光处理，再用自来水冲洗，及无水乙醇超声清洗，待用。
（3）阳极氧化法在钛合金表面原位生成氧化钛纳米管阵列层
以上面的经过表面预处理的钛合金样品作为阳极，以铂电极作为阴极，在室温下以质量百分比浓度为0.3%的氢氟酸水溶液为电解液，用直流稳压电源加电压20V反应20min即可在该钛合金表面制备出管径在30～50nm，管长在200～300nm的呈阵列排布的氧化钛纳米管层。
（4）采用生物浸渍法在氧化钛纳米管层中负载BMP-2细胞生长因子
将BMP-2（市售）配制成浓度为2.5μg/ml的水溶液，将制备好的表面有氧化钛纳米管层的钛合金样品放入装有配制好的BMP-2溶液的容器中密封，在室温常压下进行生物浸渍24h，将样品从浸渍液中取出，室温下自然干燥。所得合金谱图及性能同实施例1。
Claims (4)
1.一种具有诱导成骨活性的医用β钛合金复合材料，其特征为该材料的组成包括基体材料以及附着在基体表面原位生成的氧化钛纳米管阵列层，氧化钛纳米管层中含有BMP-2细胞生长因子；其中，基体材料为Ti-25Nb-6Zr-xMo系医用β钛合金，其中x=2-5，所述的其表面原位生成的纳米管阵列层的纳米管直径在30～50nm之间，长度在200～300nm，垂直于钛合金表面呈阵列排布。
2.如权利要求1所述的具有诱导成骨活性的医用β钛合金复合材料的制备方法，其特征为包括如下步骤：
（1）医用β钛合金的熔炼
以纯钛棒、Ti-70Nb合金棒、Zr棒及Mo粉为原料，按照质量比Ti：Nb：Zr：Mo＝64～67：25：6：2～5，其中涉及元素质量百分比之和为100%，采用真空悬浮炉熔炼并离心浇铸成型Ti-25Nb-6Zr-xMoβ钛合金，其中x＝2-5；
（2）医用β钛合金基体表面预处理
将熔炼好的Ti-25Nb-6Zr-xMo系医用β钛合金加热到1100℃保温30min后热轧成直径为12mm的棒状，然后将该钛合金棒切割成100～300mm小段放入真空退火炉中于氩气保护气氛中在820℃退火处理40min，然后将钛合金棒线切割成厚度为2mm的试样片，其表面经砂纸打磨、依次以丙酮、无水乙醇和去离子水为介质进行超声波清洗，然后用混合溶液对样品进行化学抛光处理，再用自来水冲洗，及无水乙醇超声清洗，待用；
（3）阳极氧化法在医用β钛合金表面原位生成氧化钛纳米管阵列层
以上面经过表面预处理的Ti-Nb-Zr-Mo系医用β钛合金样品作为阳极，以铂电极作为阴极，在室温下以氢氟酸水溶液为电解液，用直流稳压电源加电压10V～20V反应15min～45min即可在该钛合金表面制备出管径在30～50nm，管长在200～300nm的呈阵列排布的氧化钛纳米管层；
（4）采用生物浸渍法在氧化钛纳米管层中负载BMP-2细胞生长因子
将BMP-2配制成浓度为2.5μg/ml的水溶液，将制备好的表面有氧化钛纳米管层的钛合金样品放入装有配制好的BMP-2溶液的容器中密封，在室温常压下进行生物浸渍12～24h，将样品从浸渍液中取出，室温下自然干燥。
3.如权利要求2所述的具有诱导成骨活性的医用β钛合金复合材料的制备方法，其特征为所述的步骤（3）中的氢氟酸水溶液的浓度为质量百分比浓度0.1%～0.5%。
4.如权利要求2所述的具有诱导成骨活性的医用β钛合金复合材料的制备方法，其特征为所述的步骤（2）中的混合溶液为由质量百分比浓度为0.5%～1%氢氟酸与质量百分比浓度为3%～5%硝酸按1:5的体积比混合而成。
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Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104324416A (zh) * | 2014-09-30 | 2015-02-04 | 广西中医药大学 | 一种医用钛金属材料及其制备方法 |
| CN106093475A (zh) * | 2016-05-26 | 2016-11-09 | 上海交通大学医学院附属第九人民医院 | 一种利用纳米管高度辅助控制细胞骨架改变的方法 |
| US10130678B2 (en) | 2014-12-29 | 2018-11-20 | Bioventus, LLC. | Systems and methods for improved delivery of osteoinductive molecules in bone repair |
| US10646347B2 (en) | 2016-06-10 | 2020-05-12 | Bioventus LLC. | Protein delivery with porous metallic structure |
| CN111228576A (zh) * | 2020-02-28 | 2020-06-05 | 河南驼人医疗器械研究院有限公司 | 一种抗生物膜中心静脉导管及其制备方法 |
| CN111632195A (zh) * | 2020-05-25 | 2020-09-08 | 北京航空航天大学 | 一种改善细胞成骨性能的医疗植入物及其制备方法 |
| CN112760645A (zh) * | 2020-12-25 | 2021-05-07 | 西比里电机技术(苏州)有限公司 | 一种钛及钛合金表面的复合梯度涂层及其制备方法 |
| CN113106435A (zh) * | 2021-04-14 | 2021-07-13 | 中国矿业大学 | 一种钛钼锆系亚稳β钛合金表面改性方法 |
| CN114481015A (zh) * | 2021-12-20 | 2022-05-13 | 安徽理工大学 | 一种富含CaTiO3的纳米晶β型钛合金的制备方法、制得的钛合金 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102058904A (zh) * | 2010-12-31 | 2011-05-18 | 重庆大学 | 生物功能化纳米钛材及其制备方法 |
-
2013
- 2013-07-26 CN CN201310320837.XA patent/CN103357070B/zh active Active
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102058904A (zh) * | 2010-12-31 | 2011-05-18 | 重庆大学 | 生物功能化纳米钛材及其制备方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 张明华等: "β 型钛合金材料的生物相容性评价", 《稀有金属材料与工程》 * |
| 赵立臣等: "三种新型亚稳β钛合金在人工模拟体液中的腐蚀行为", 《中国组织工程研究与临床康复》 * |
Cited By (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104324416B (zh) * | 2014-09-30 | 2016-03-30 | 广西中医药大学 | 一种医用钛金属材料 |
| CN104324416A (zh) * | 2014-09-30 | 2015-02-04 | 广西中医药大学 | 一种医用钛金属材料及其制备方法 |
| US11452760B2 (en) | 2014-12-29 | 2022-09-27 | Bioventus, Llc | Systems and methods for improved delivery of osteoinductive molecules in bone repair |
| US10130678B2 (en) | 2014-12-29 | 2018-11-20 | Bioventus, LLC. | Systems and methods for improved delivery of osteoinductive molecules in bone repair |
| CN106093475A (zh) * | 2016-05-26 | 2016-11-09 | 上海交通大学医学院附属第九人民医院 | 一种利用纳米管高度辅助控制细胞骨架改变的方法 |
| CN106093475B (zh) * | 2016-05-26 | 2019-07-26 | 上海交通大学医学院附属第九人民医院 | 一种利用纳米管高度辅助控制细胞骨架改变的方法 |
| US10646347B2 (en) | 2016-06-10 | 2020-05-12 | Bioventus LLC. | Protein delivery with porous metallic structure |
| CN111228576A (zh) * | 2020-02-28 | 2020-06-05 | 河南驼人医疗器械研究院有限公司 | 一种抗生物膜中心静脉导管及其制备方法 |
| CN111632195A (zh) * | 2020-05-25 | 2020-09-08 | 北京航空航天大学 | 一种改善细胞成骨性能的医疗植入物及其制备方法 |
| CN112760645A (zh) * | 2020-12-25 | 2021-05-07 | 西比里电机技术(苏州)有限公司 | 一种钛及钛合金表面的复合梯度涂层及其制备方法 |
| CN113106435A (zh) * | 2021-04-14 | 2021-07-13 | 中国矿业大学 | 一种钛钼锆系亚稳β钛合金表面改性方法 |
| CN113106435B (zh) * | 2021-04-14 | 2021-11-30 | 中国矿业大学 | 一种钛钼锆系亚稳β钛合金表面改性方法 |
| CN114481015A (zh) * | 2021-12-20 | 2022-05-13 | 安徽理工大学 | 一种富含CaTiO3的纳米晶β型钛合金的制备方法、制得的钛合金 |
| CN114481015B (zh) * | 2021-12-20 | 2023-10-03 | 安徽理工大学 | 一种富含CaTiO3的纳米晶β型钛合金的制备方法、制得的钛合金 |
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