CN106637346B - 一种具有多级复合结构生物电活性种植体的制备方法 - Google Patents

一种具有多级复合结构生物电活性种植体的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN106637346B
CN106637346B CN201610810696.3A CN201610810696A CN106637346B CN 106637346 B CN106637346 B CN 106637346B CN 201610810696 A CN201610810696 A CN 201610810696A CN 106637346 B CN106637346 B CN 106637346B
Authority
CN
China
Prior art keywords
arc oxidation
differential arc
electroactive
electrolyte
titanium
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN201610810696.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN106637346A (zh
Inventor
周睿
憨勇
靳国瑞
李明
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Xian Jiaotong University
Original Assignee
Xian Jiaotong University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Xian Jiaotong University filed Critical Xian Jiaotong University
Priority to CN201610810696.3A priority Critical patent/CN106637346B/zh
Publication of CN106637346A publication Critical patent/CN106637346A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN106637346B publication Critical patent/CN106637346B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25DPROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D11/00Electrolytic coating by surface reaction, i.e. forming conversion layers
    • C25D11/02Anodisation
    • C25D11/26Anodisation of refractory metals or alloys based thereon
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61LMETHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L27/00Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
    • A61L27/02Inorganic materials
    • A61L27/04Metals or alloys
    • A61L27/06Titanium or titanium alloys
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61LMETHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L27/00Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
    • A61L27/28Materials for coating prostheses
    • A61L27/30Inorganic materials
    • A61L27/306Other specific inorganic materials not covered by A61L27/303 - A61L27/32
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61LMETHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L27/00Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
    • A61L27/50Materials characterised by their function or physical properties, e.g. injectable or lubricating compositions, shape-memory materials, surface modified materials
    • A61L27/54Biologically active materials, e.g. therapeutic substances
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61LMETHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L27/00Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
    • A61L27/50Materials characterised by their function or physical properties, e.g. injectable or lubricating compositions, shape-memory materials, surface modified materials
    • A61L27/56Porous materials, e.g. foams or sponges
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C18/00Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating
    • C23C18/02Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating by thermal decomposition
    • C23C18/12Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating by thermal decomposition characterised by the deposition of inorganic material other than metallic material
    • C23C18/1204Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating by thermal decomposition characterised by the deposition of inorganic material other than metallic material inorganic material, e.g. non-oxide and non-metallic such as sulfides, nitrides based compounds
    • C23C18/1208Oxides, e.g. ceramics
    • C23C18/1216Metal oxides
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C28/00Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
    • C23C28/04Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D only coatings of inorganic non-metallic material
    • C23C28/042Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D only coatings of inorganic non-metallic material including a refractory ceramic layer, e.g. refractory metal oxides, ZrO2, rare earth oxides
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25DPROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D11/00Electrolytic coating by surface reaction, i.e. forming conversion layers
    • C25D11/02Anodisation
    • C25D11/024Anodisation under pulsed or modulated current or potential
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61LMETHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L2420/00Materials or methods for coatings medical devices
    • A61L2420/08Coatings comprising two or more layers

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Dermatology (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Oral & Maxillofacial Surgery (AREA)
  • Transplantation (AREA)
  • Epidemiology (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Water Treatment By Electricity Or Magnetism (AREA)
  • Pharmaceuticals Containing Other Organic And Inorganic Compounds (AREA)
  • Prostheses (AREA)

Abstract

一种具有多级复合结构生物电活性种植体的制备方法,将钛试样置于装有电解液的不锈钢槽中进行腐蚀微弧氧化生成表面沟槽结构;将具有沟槽的钛试样进行普通微弧氧化;将所制备表面具有沟槽的微弧氧化钛试样置于反应釜中水热生长纳米棒状二氧化锡。得到的多级复合结构生物电活性种植体具有毫米级沟槽、微米级多孔和纳米棒三级表面结构,宏观上试样表面具有沟槽,微观上试样表面完全被具有双层复合结构的涂层所覆盖,内层为微观多孔结构的二氧化钛,表层为纳米棒状的二氧化锡。该涂层结构与基体之间无不连续界面,在模拟体液环境中能快速诱导形成类骨磷灰石,具有良好的生物活性。本发明可用于制备具有多级复合结构的生物电活性的种植体。

Description

一种具有多级复合结构生物电活性种植体的制备方法
技术领域
本发明涉及一种金属表面改性技术领域,具体涉及一种具有多级复合结构生物电活性种植体的制备方法。
背景技术
钛及钛合金是已被广泛应用的医用种植体材料,但钛及钛合金在应用中表现为生物惰性,不具备骨诱导能力。微弧氧化技术是一种常见的钛表面生物活性改性方法,通过调节电解液成分,控制电工艺参数,还能对涂层的结构进行调控,以赋予涂层材料不同的功能性。这是利用该方法中所涉及到的等离子体化学和电化学反应,和胶体微粒的沉积作用。研究表明:种植体表面的多级结构可在不同尺度上与骨组织进行作用,宏观微孔的存在,更有利于新骨与种植体的结合,从而克服因种植体与骨组织弹性模量失配所导致的种植体松动失效问题,微观的表面多孔结构有利于细胞的粘附和增殖,表面纳米结构可与细胞上的受体作用,促进细胞的增殖和分化。在骨修复过程中,种植体表面带负电可促使磷灰石的沉积和成骨细胞的表达。通过形成表面异质P-N结,可使涂层引入生物电活性。
2013年中国专利CN103046100A《三步法制备双极孔隙微弧氧化陶瓷涂层的方法》(申请号201310033724.1,发明人:魏大庆,周睿等)和CN103334145B《医用钛表面两步法制备宏观/微观双级孔隙结构生物活性微弧氧化陶瓷涂层的方法》(申请号201310303054.0,发明人:魏大庆,周睿等)公布了制备宏观/微观双级孔隙结构生物活性微弧氧化陶瓷涂层的方法》,解决了因种植体与骨组织弹性模量失配所导致的种植体松动失效问题和涂层不具有生物活性的问题,但该方法所制备涂层不具备纳米结构,且生物活性较低,不具备生物电活性。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有制备宏观/微观双级孔隙结构生物活性微弧氧化陶瓷涂层的方法存在所制备的涂层生物活性较差的问题,提供一种具有多级复合结构生物电活性种植体的制备方法,该方法通过二氧化锡纳米棒与微弧氧化涂层复合赋予种植体生物电活性。
为实现上述目的,本发明采用如下的技术方案:
一种具有多级复合结构生物电活性种植体的制备方法,包括以下步骤:
1)一次微弧腐蚀氧化:将含氯离子的电解液加入到不锈钢槽体中,将钛试样放入含氯离子的电解液中,以钛试样为正极、以不锈钢槽体为负极,进行微弧氧化,得到表面具有沟槽的钛试样;
2)二次微弧氧化处理:将NaOH和β-C3H7Na2O6P加入到水中,形成电解液;以表面具有沟槽的钛试样为阳极,将电解液加入到不锈钢槽体中,以不锈钢槽体为阴极,将表面具有沟槽的钛试样置于电解液中进行微弧氧化,得到微弧氧化钛试样;
3)水热处理:将锡盐、锌盐和氢氧化钠、水和酒精混合,得到混合溶液,将混合溶液注入水热反应釜中,将步骤2)烘干后的微弧氧化钛试样浸泡于混合溶液中,在160~260℃下保温15~48h,即得到具有多级复合结构生物电活性种植体。
本发明进一步的改进在于,步骤1)中钛试样为TA2、TA3、TA4工业纯钛或TC4钛合金;步骤1)中将钛试样放入20℃~50℃的含氯离子的电解液中。
本发明进一步的改进在于,步骤1)中微弧氧化的参数如下:在电流为2A~7A、工作频率为100Hz~900Hz以及占空比为4%~20%的条件下,微弧氧化2min~15min。
本发明进一步的改进在于,步骤1)中含氯离子的电解液是通过将氯化钠与氢氧化钠加入到水中制得,或将氯化钾与氢氧化钠加入到水中制得;其中,电解液中氢氧化钠的浓度为0.01-1mol/L,氯化钠的浓度为0.01-1mol/L,氯化钾的浓度为0.01-1mol/L。
本发明进一步的改进在于,步骤2)中将表面具有沟槽的钛试样置于0~40℃的电解液中进行微弧氧化。
本发明进一步的改进在于,步骤2)的电解液中NaOH的浓度为1~15g/L,β-C3H7Na2O6P的浓度为5~30g/L。
本发明进一步的改进在于,步骤2)中微弧氧化参数如下:微弧氧化采用脉冲电压,正电压为250~550V,负电压为0~100V,微弧氧化脉冲频率为200~800Hz,微弧氧化的占空比为6~30%,微弧氧化时间为5~15min。
本发明进一步的改进在于,步骤3)中的锡盐为氯化锡、氯化亚锡或锡酸钠,锌盐为硫酸锌、氯化锌或乙酸锌。
本发明进一步的改进在于,步骤3)的混合溶液中锡盐的浓度为0.01~0.1mol/L,锌盐的浓度为0.01~0.1mol/L,氢氧化钠的浓度为0.01~0.1mol/L;步骤3)的混合溶液中去离子水和无水乙醇的体积比(1~3):1。
本发明进一步的改进在于,该方法制得的种植体在钛试样表面具有毫米级沟槽、微米级多孔和纳米棒三级表面结构,宏观上试样表面具有沟槽,微观上试样表面完全被具有双层复合结构的涂层所覆盖,内层为微观多孔结构的二氧化钛,表层为纳米棒状的二氧化锡,纳米棒长为100~600nm。
本发明进一步的改进在于,步骤3)中在160~260℃下保温15~40h。
本发明进一步的改进在于,步骤2)中在180~220℃下保温18~24h。
与现有技术相比,本发明的有益效果在于:
(1)本发明采用含氯离子的电解液进行一次微弧腐蚀氧化,在试样表面形成毫米级沟槽,毫米级沟槽可显著强化种植体与骨组织的结合强度,然后采用二次微弧氧化处理和水热处理制备带有沟槽结构并且具有多级复合结构生物电活性种植体。
(2)本发明制备的生物电活性种植体具有毫米级沟槽、微米级多孔和纳米棒三级表面结构,宏观上试样表面具有沟槽,微观上试样表面完全被具有双层复合结构的涂层所覆盖,内层为微观多孔结构的二氧化钛,表层为纳米棒状的二氧化锡,二氧化锡的棒长100~600nm。二氧化钛和二氧化锡晶格结构上有半共格关系,可以沿晶格界面原位生长,与普通沉积相比,界面结合力较强,所以本发明制备出的二氧化锡纳米棒与钛表面微弧氧化涂层结合紧密,不受多孔结构形貌影响;
(3)本发明制备出的二氧化锡纳米棒长度在100nm~600nm之间,所以有利于PN结表面二氧化锡负电性的表达,可使材料的生物活性得到明显提高,模拟体液浸泡5天后,即可在其表面观察到磷灰石生成。本发明可用于制备具有多级复合结构的生物电活性的种植体。
附图说明
图1是本发明制备的具有电活性生物陶瓷涂层的钛试样结构示意图;
图2是本发明制得的电活性生物陶瓷涂层130倍的表面形貌;
图3是本发明制得的电活性生物陶瓷涂层2000倍的表面形貌;
图4是本发明制得的电活性生物陶瓷涂层50000倍的表面形貌;
图5是本发明制得的电活性生物陶瓷涂层的截面形貌;
图中,1为钛试样,2为微观多孔结构的二氧化钛,3为纳米棒状的二氧化锡,4为沟槽。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细说明。
本发明中钛试样使用前,进行预处理,具体为打磨、抛光以及清洗。
1)一次微弧腐蚀氧化:将含氯离子的电解液加入到不锈钢槽体中,将钛试样放入20℃~50℃的含氯离子的电解液中,以钛试样为正极、以不锈钢槽体为负极,进行微弧氧化,微弧氧化的参数如下:在电流为2A~7A、工作频率为100Hz~900Hz以及占空比为4%~20%的条件下,微弧氧化2min~15min,得到表面具有沟槽的钛试样;其中,含氯离子的电解液是通过将氯化钠与氢氧化钠加入到水中制得,或将氯化钾与氢氧化钠加入到水中制得;其中,电解液中氢氧化钠的浓度为0.01-1mol/L,氯化钠的浓度为0.01-1mol/L,氯化钾的浓度为0.01-1mol/L。钛试样为TA2、TA3、TA4工业纯钛或TC4钛合金;
2)二次微弧氧化处理:将NaOH和β-C3H7Na2O6P加入到水中,形成电解液;电解液中NaOH的浓度为1~15g/L,β-C3H7Na2O6P的浓度为5~30g/L;以表面具有沟槽的钛试样为阳极,将电解液加入到不锈钢槽体中,以不锈钢槽体为阴极,将表面具有沟槽的钛试样置于0~40℃的电解液中进行微弧氧化,微弧氧化参数如下:微弧氧化采用脉冲电压,正电压为250~550V,负电压为0~100V,微弧氧化脉冲频率为200~800Hz,微弧氧化的占空比为6~30%,微弧氧化时间为5~15min,得到微弧氧化钛试样;
3)水热处理:将锡盐、锌盐和氢氧化钠、水和酒精混合,得到混合溶液,将混合溶液注入水热反应釜中,将步骤2)烘干后的微弧氧化钛试样浸泡于混合溶液中,在160~260℃下保温15~48h,即得到具有多级复合结构生物电活性种植体。其中,锡盐为氯化锡、氯化亚锡或锡酸钠,锌盐为硫酸锌、氯化锌或乙酸锌;混合溶液中锡盐的浓度为0.01~0.1mol/L,锌盐的浓度为0.01~0.1mol/L,氢氧化钠的浓度为0.01~0.1mol/L;混合溶液中去离子水和无水乙醇的体积比(1~3):1。
实施例1
1)一次微弧腐蚀氧化:将含氯离子的电解液加入到不锈钢槽体中,将钛试样放入20℃的含氯离子的电解液中,以钛试样为正极、以不锈钢槽体为负极,进行微弧氧化,微弧氧化的参数如下:在电流为4A、工作频率为900Hz以及占空比为15%的条件下,微弧氧化15min,得到表面具有沟槽的钛试样;其中,含氯离子的电解液是通过将氯化钠与氢氧化钠加入到水中制得,电解液中氢氧化钠的浓度为0.01mol/L,氯化钠的浓度为0.5mol/L。钛试样为TA2工业纯钛;
2)二次微弧氧化处理:将NaOH和β-C3H7Na2O6P加入到水中,形成电解液;电解液中NaOH的浓度为7g/L,β-C3H7Na2O6P的浓度为5g/L;以表面具有沟槽的钛试样为阳极,将电解液加入到不锈钢槽体中,以不锈钢槽体为阴极,将表面具有沟槽的钛试样置于0℃的电解液中进行微弧氧化,微弧氧化参数如下:微弧氧化采用脉冲电压,正电压为250V,负电压为0V,微弧氧化脉冲频率为300Hz,微弧氧化的占空比为6%,微弧氧化时间为10min,得到微弧氧化钛试样;
3)水热处理:将锡盐、锌盐和氢氧化钠、水和酒精混合,得到混合溶液,将混合溶液注入水热反应釜中,将步骤2)烘干后的微弧氧化钛试样浸泡于混合溶液中,在160℃下保温48h,即得到具有多级复合结构生物电活性种植体。其中,锡盐为锡酸钠,锌盐为硫酸锌;混合溶液中锡盐的浓度为0.01mol/L,锌盐的浓度为0.1mol/L,氢氧化钠的浓度为0.05mol/L;混合溶液中去离子水和无水乙醇的体积比1:1。
图1为本实施例制备的多级复合结构生物电活性种植体的结构示意图,参见图1,该方法制得的种植体在钛试样1表面具有毫米级沟槽、微米级多孔和纳米棒三级表面结构,宏观上试样表面具有沟槽4,微观上试样表面完全被具有双层复合结构的涂层所覆盖,内层为微观多孔结构的二氧化钛2,表层为纳米棒状的二氧化锡3,纳米棒长为100~600nm。
采用扫描电镜对本试验得到的多级复合结构生物电活性TA2种植体所生成的陶瓷涂层进行观察,结果如图2-5所示:图2-4为本试验具有电活性生物陶瓷涂层的扫描电镜表面形貌照片,由图2-4可以看出,TA2钛试样体表面具有沟槽结构,涂层完整具有传统微弧氧化涂层的微观多孔结构,表面生长纳米棒阵列;图5为本试验具有电活性生物陶瓷涂层的扫描电镜截面形貌照片,由图3可以看出,涂层分为两层,层间无不连续界面,表层纳米棒的长度约为200~600nm。具有电活性生物陶瓷涂层的TA2试样模拟体液浸泡7天后,即可在表面生成磷灰石。
实施例2
1)一次微弧腐蚀氧化:将含氯离子的电解液加入到不锈钢槽体中,将钛试样放入30℃的含氯离子的电解液中,以钛试样为正极、以不锈钢槽体为负极,进行微弧氧化,微弧氧化的参数如下:在电流为5A、工作频率为700Hz以及占空比为4%的条件下,微弧氧化5min,得到表面具有沟槽的钛试样;其中,含氯离子的电解液是通过将氯化钾与氢氧化钠加入到水中制得,电解液中氢氧化钠的浓度为0.1mol/L,氯化钾的浓度为0.08mol/L。钛试样为TA3工业纯钛;
2)二次微弧氧化处理:将NaOH和β-C3H7Na2O6P加入到水中,形成电解液;电解液中NaOH的浓度为15g/L,β-C3H7Na2O6P的浓度为20g/L;以表面具有沟槽的钛试样为阳极,将电解液加入到不锈钢槽体中,以不锈钢槽体为阴极,将表面具有沟槽的钛试样置于40℃的电解液中进行微弧氧化,微弧氧化参数如下:微弧氧化采用脉冲电压,正电压为350V,负电压为30V,微弧氧化脉冲频率为200Hz,微弧氧化的占空比为10%,微弧氧化时间为5min,得到微弧氧化钛试样;
3)水热处理:将锡盐、锌盐和氢氧化钠、水和酒精混合,得到混合溶液,将混合溶液注入水热反应釜中,将步骤2)烘干后的微弧氧化钛试样浸泡于混合溶液中,在260℃下保温15h,即得到具有多级复合结构生物电活性种植体。其中,锡盐为氯化锡,锌盐为氯化锌;混合溶液中锡盐的浓度为0.1mol/L,锌盐的浓度为0.01mol/L,氢氧化钠的浓度为0.01mol/L;混合溶液中去离子水和无水乙醇的体积比3:1。
采用扫描电镜对本试验得到的具有电活性生物陶瓷涂层的TA3钛试样体表面具有沟槽结构,涂层完整具有传统微弧氧化涂层的微观多孔结构,表面生长纳米棒阵列,层间无不连续界面,纳米棒长度约为100~500nm,具有电活性生物陶瓷涂层的TA3试样模拟体液浸泡7天后,即可在试样表面生成磷灰石。
实施例3
1)一次微弧腐蚀氧化:将含氯离子的电解液加入到不锈钢槽体中,将钛试样放入40℃的含氯离子的电解液中,以钛试样为正极、以不锈钢槽体为负极,进行微弧氧化,微弧氧化的参数如下:在电流为7A、工作频率为400Hz以及占空比为10%的条件下,微弧氧化10min,得到表面具有沟槽的钛试样;其中,含氯离子的电解液是通过将氯化钾与氢氧化钠加入到水中制得,电解液中氢氧化钠的浓度为0.5mol/L,氯化钾的浓度为0.01mol/L。钛试样为TA4工业纯钛;
2)二次微弧氧化处理:将NaOH和β-C3H7Na2O6P加入到水中,形成电解液;电解液中NaOH的浓度为10g/L,β-C3H7Na2O6P的浓度为30g/L;以表面具有沟槽的钛试样为阳极,将电解液加入到不锈钢槽体中,以不锈钢槽体为阴极,将表面具有沟槽的钛试样置于20℃的电解液中进行微弧氧化,微弧氧化参数如下:微弧氧化采用脉冲电压,正电压为550V,负电压为50V,微弧氧化脉冲频率为500Hz,微弧氧化的占空比为20%,微弧氧化时间为15min,得到微弧氧化钛试样;
3)水热处理:将锡盐、锌盐和氢氧化钠、水和酒精混合,得到混合溶液,将混合溶液注入水热反应釜中,将步骤2)烘干后的微弧氧化钛试样浸泡于混合溶液中,在180℃下保温40h,即得到具有多级复合结构生物电活性种植体。其中,锡盐为氯化亚锡,锌盐为乙酸锌;混合溶液中锡盐的浓度为0.05mol/L,锌盐的浓度为0.06mol/L,氢氧化钠的浓度为0.1mol/L;混合溶液中去离子水和无水乙醇的体积比2:1。
实施例4
1)一次微弧腐蚀氧化:将含氯离子的电解液加入到不锈钢槽体中,将钛试样放入50℃的含氯离子的电解液中,以钛试样为正极、以不锈钢槽体为负极,进行微弧氧化,微弧氧化的参数如下:在电流为2A、工作频率为300Hz以及占空比为20%的条件下,微弧氧化2min,得到表面具有沟槽的钛试样;其中,含氯离子的电解液是通过将氯化钾与氢氧化钠加入到水中制得,电解液中氢氧化钠的浓度为1mol/L,氯化钾的浓度为0.7mol/L。钛试样为TC4合金钛;
2)二次微弧氧化处理:将NaOH和β-C3H7Na2O6P加入到水中,形成电解液;电解液中NaOH的浓度为1g/L,β-C3H7Na2O6P的浓度为15g/L;以表面具有沟槽的钛试样为阳极,将电解液加入到不锈钢槽体中,以不锈钢槽体为阴极,将表面具有沟槽的钛试样置于10℃的电解液中进行微弧氧化,微弧氧化参数如下:微弧氧化采用脉冲电压,正电压为400V,负电压为100V,微弧氧化脉冲频率为700Hz,微弧氧化的占空比为30%,微弧氧化时间为7min,得到微弧氧化钛试样;
3)水热处理:将锡盐、锌盐和氢氧化钠、水和酒精混合,得到混合溶液,将混合溶液注入水热反应釜中,将步骤2)烘干后的微弧氧化钛试样浸泡于混合溶液中,在220℃下保温18h,即得到具有多级复合结构生物电活性种植体。其中,锡盐为氯化锡,锌盐为氯化锌;混合溶液中锡盐的浓度为0.07mol/L,锌盐的浓度为0.04mol/L,氢氧化钠的浓度为0.04mol/L;混合溶液中去离子水和无水乙醇的体积比1:1。
实施例5
1)一次微弧腐蚀氧化:将含氯离子的电解液加入到不锈钢槽体中,将钛试样放入25℃的含氯离子的电解液中,以钛试样为正极、以不锈钢槽体为负极,进行微弧氧化,微弧氧化的参数如下:在电流为3A、工作频率为100Hz以及占空比为7%的条件下,微弧氧化7min,得到表面具有沟槽的钛试样;其中,含氯离子的电解液是通过将氯化钠与氢氧化钠加入到水中制得,电解液中氢氧化钠的浓度为0.6mol/L,氯化钠的浓度为1mol/L。钛试样为TA3工业纯钛;
2)二次微弧氧化处理:将NaOH和β-C3H7Na2O6P加入到水中,形成电解液;电解液中NaOH的浓度为4g/L,β-C3H7Na2O6P的浓度为10g/L;以表面具有沟槽的钛试样为阳极,将电解液加入到不锈钢槽体中,以不锈钢槽体为阴极,将表面具有沟槽的钛试样置于30℃的电解液中进行微弧氧化,微弧氧化参数如下:微弧氧化采用脉冲电压,正电压为450V,负电压为80V,微弧氧化脉冲频率为800Hz,微弧氧化的占空比为15%,微弧氧化时间为13min,得到微弧氧化钛试样;
3)水热处理:将锡盐、锌盐和氢氧化钠、水和酒精混合,得到混合溶液,将混合溶液注入水热反应釜中,将步骤2)烘干后的微弧氧化钛试样浸泡于混合溶液中,在200℃下保温24h,即得到具有多级复合结构生物电活性种植体。其中,锡盐为氯化锡,锌盐为氯化锌;混合溶液中锡盐的浓度为0.03mol/L,锌盐的浓度为0.09mol/L,氢氧化钠的浓度为0.07mol/L;混合溶液中去离子水和无水乙醇的体积比1.5:1。
本发明通过微弧腐蚀氧化-普通微弧氧化-水热处理三步处理,制备出的生物电活性种植体具有多级复合结构,具体过程为:第一步为钛试样的腐蚀微弧氧化,在种植体表面生成毫米级宏观沟槽;第二步为钛试样的普通微弧氧化,在具有宏观沟槽的钛表面生成微观多孔结构微弧氧化涂层;第三步为钛试样的水热处理,在微弧氧化涂层表面生长二氧化锡纳米棒层,并保留微弧氧化涂层的表面多孔结构。
本发明制备出的生物电活性种植体具有多级复合结构,毫米级沟槽可显著强化种植体与骨组织的结合强度。
本发明制备出的生物电活性涂层具有微米/纳米复合结构,水热生成的二氧化锡纳米棒与钛表面微弧氧化涂层结合紧密,不受多孔结构形貌影响。
本发明制备出的二氧化锡纳米棒的长度在100~600nm之间,有利于PN结表面二氧化锡负电性的表达,可使材料的生物活性得到明显提高,模拟体液浸泡7天后,即可在其表面观察到磷灰石生成。

Claims (10)

1.一种具有多级复合结构生物电活性种植体的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
1)一次微弧腐蚀氧化:将含氯离子的电解液加入到不锈钢槽体中,将钛试样放入含氯离子的电解液中,以钛试样为正极、以不锈钢槽体为负极,进行微弧氧化,得到表面具有沟槽的钛试样;
2)二次微弧氧化处理:将NaOH和β-C3H7Na2O6P加入到水中,形成电解液;以表面具有沟槽的钛试样为阳极,将电解液加入到不锈钢槽体中,以不锈钢槽体为阴极,将表面具有沟槽的钛试样置于电解液中进行微弧氧化,得到微弧氧化钛试样;
3)水热处理:将锡盐、锌盐和氢氧化钠、水和酒精混合,得到混合溶液,将混合溶液注入水热反应釜中,将步骤2)烘干后的微弧氧化钛试样浸泡于混合溶液中,在160~260℃下保温15~48h,即得到具有多级复合结构生物电活性种植体。
2.根据权利要求1所述的一种具有多级复合结构生物电活性种植体的制备方法,其特征在于,步骤1)中钛试样为TA2、TA3、TA4工业纯钛或TC4钛合金;步骤1)中将钛试样放入20℃~50℃的含氯离子的电解液中。
3.根据权利要求1所述的一种具有多级复合结构生物电活性种植体的制备方法,其特征在于,步骤1)中微弧氧化的参数如下:在电流为2A~7A、工作频率为100Hz~900Hz以及占空比为4%~20%的条件下,微弧氧化2min~15min。
4.根据权利要求1所述的一种具有多级复合结构生物电活性种植体的制备方法,其特征在于,步骤1)中含氯离子的电解液是通过将氯化钠与氢氧化钠加入到水中制得,或将氯化钾与氢氧化钠加入到水中制得;其中,电解液中氢氧化钠的浓度为0.01-1mol/L,氯化钠的浓度为0.01-1mol/L,氯化钾的浓度为0.01-1mol/L。
5.根据权利要求1所述的一种具有多级复合结构生物电活性种植体的制备方法,其特征在于,步骤2)中将表面具有沟槽的钛试样置于0~40℃的电解液中进行微弧氧化。
6.根据权利要求1所述的一种具有多级复合结构生物电活性种植体的制备方法,其特征在于,步骤2)的电解液中NaOH的浓度为1~15g/L,β-C3H7Na2O6P的浓度为5~30g/L。
7.根据权利要求1所述的一种具有多级复合结构生物电活性种植体的制备方法,其特征在于,步骤2)中微弧氧化参数如下:微弧氧化采用脉冲电压,正电压为250~550V,负电压为0~100V,微弧氧化脉冲频率为200~800Hz,微弧氧化的占空比为6~30%,微弧氧化时间为5~15min。
8.根据权利要求1所述的一种具有多级复合结构生物电活性种植体的制备方法,其特征在于,步骤3)中的锡盐为氯化锡、氯化亚锡或锡酸钠,锌盐为硫酸锌、氯化锌或乙酸锌。
9.根据权利要求1所述的一种具有多级复合结构生物电活性种植体的制备方法,其特征在于,步骤3)的混合溶液中锡盐的浓度为0.01~0.1mol/L,锌盐的浓度为0.01~0.1mol/L,氢氧化钠的浓度为0.01~0.1mol/L;步骤3)的混合溶液中水和酒精的体积比(1~3):1。
10.根据权利要求1所述的一种具有多级复合结构生物电活性种植体的制备方法,其特征在于,该方法制得的种植体在钛试样表面具有毫米级沟槽、微米级多孔和纳米棒三级表面结构,宏观上试样表面具有沟槽,微观上试样表面完全被具有双层复合结构的涂层所覆盖,内层为微观多孔结构的二氧化钛,表层为纳米棒状的二氧化锡,纳米棒长为100~600nm。
CN201610810696.3A 2016-09-08 2016-09-08 一种具有多级复合结构生物电活性种植体的制备方法 Expired - Fee Related CN106637346B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610810696.3A CN106637346B (zh) 2016-09-08 2016-09-08 一种具有多级复合结构生物电活性种植体的制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610810696.3A CN106637346B (zh) 2016-09-08 2016-09-08 一种具有多级复合结构生物电活性种植体的制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106637346A CN106637346A (zh) 2017-05-10
CN106637346B true CN106637346B (zh) 2018-07-17

Family

ID=58851777

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610810696.3A Expired - Fee Related CN106637346B (zh) 2016-09-08 2016-09-08 一种具有多级复合结构生物电活性种植体的制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106637346B (zh)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109876182B (zh) * 2019-01-21 2020-05-19 西安交通大学 一种面向植入物的微弧氧化钛表面二氧化锡-二氧化钌电活性抑菌涂层的制备方法
CN110158087B (zh) * 2019-05-16 2020-05-22 西安交通大学 一种叠层状电解氧化水电极的制备方法
CN110152056B (zh) * 2019-05-27 2021-06-29 吉林大学 一种在钛合金表面快速引入功能离子的方法
CN110142410B (zh) * 2019-06-03 2020-03-17 西安交通大学 基于钛表面复合涂层电极制备酸性氧化电位水的方法
CN110811882A (zh) * 2019-11-19 2020-02-21 莆田学院附属医院 纯钛牙种植体及其制作方法
CN111334838B (zh) * 2020-04-13 2021-01-05 中国计量大学 一种钛合金复合氧化膜的制备方法及其产品
CN113249763A (zh) * 2021-05-12 2021-08-13 苏州粤辉煌新材料科技有限公司 微弧氧化镁表面复合二氧化锡电活性生物陶瓷涂层的方法
CN113679495B (zh) * 2021-06-17 2022-09-16 北京万嘉高科医药科技有限公司 穿龈部位带有纳米抑菌结构环的牙种植体及其加工方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1962959A (zh) * 2006-10-20 2007-05-16 华南理工大学 微弧氧化的电解液及其用于表面改性的方法
CN104831331A (zh) * 2015-04-17 2015-08-12 江苏大学 一种镁合金表面制备磁性微弧氧化膜层的方法
CN105536062A (zh) * 2015-12-17 2016-05-04 西安交通大学 一种掺硅羟基磷灰石纳米纤维生物活性涂层的制备方法
CN105648497A (zh) * 2016-01-13 2016-06-08 西安交通大学 一种钛表面钛酸锌-氧化钛复合抗菌涂层及其制备方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0747268A (ja) * 1993-08-05 1995-02-21 Nikon Corp 吸着剤又は充填剤、及びその製造方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1962959A (zh) * 2006-10-20 2007-05-16 华南理工大学 微弧氧化的电解液及其用于表面改性的方法
CN104831331A (zh) * 2015-04-17 2015-08-12 江苏大学 一种镁合金表面制备磁性微弧氧化膜层的方法
CN105536062A (zh) * 2015-12-17 2016-05-04 西安交通大学 一种掺硅羟基磷灰石纳米纤维生物活性涂层的制备方法
CN105648497A (zh) * 2016-01-13 2016-06-08 西安交通大学 一种钛表面钛酸锌-氧化钛复合抗菌涂层及其制备方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Formation mechanism and cytocompatibility of nano-shaped calcium silicate hydrate/calcium titanium silicate/TiO2 composite coatings on titanium;Lan Zhang等;《Journal of Materials Chemistry B》;20160922;第6734-6745页 *
掺杂锡的纳米二氧化钛的合成、表征及光催化性能;王卫民等;《盐湖研究》;20121231;第20卷(第4期);第36-41页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN106637346A (zh) 2017-05-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106637346B (zh) 一种具有多级复合结构生物电活性种植体的制备方法
CN106637347B (zh) 一种微弧氧化钛表面复合二氧化锡电活性生物陶瓷涂层的制备方法
CN106400087B (zh) 一种水汽处理含锡微弧氧化涂层制备具有生物电活性钛种植体的方法
Kar et al. Electrodeposition of hydroxyapatite onto nanotubular TiO2 for implant applications
CN101660190B (zh) 一种外科植入用钛及钛合金表面黑色保护膜的制备方法
CN102641522B (zh) 三维梯度网状碳纤维/ha/麦饭石医用复合材料的制备方法
CN102743789B (zh) 具有微纳米分级拓扑表面结构的人工牙根及其制备方法
CN101537208A (zh) 一种钛或钛合金表面生物活性涂层及其制备方法
CN103556204B (zh) 镁表面超声微弧氧化-hf-硅烷偶联剂多级复合生物活性涂层制备方法
CN101575726B (zh) 含氟羟基磷灰石梯度生物活性膜层的制备方法
CN103908699A (zh) 一种钛合金表面的HA/TiO2层及其制备方法
CN110438546B (zh) 一种在钛合金表面微弧氧化制备分级结构多孔涂层的电解液
CN104562145A (zh) 一种复合氧化制备生物陶瓷膜的方法
CN105624753A (zh) 一种医用多孔钛及钛合金均匀沉积羟基磷灰石涂层工艺
CN103388173A (zh) 一种在钛及其合金表面构筑微纳米有序结构的方法
CN102409382A (zh) 一种金属植入物生物活性涂层及其制备方法
CN108950651A (zh) 一种镁合金表面微弧电泳含ha生物复合膜层的制备方法
CN105420680A (zh) 一种纯钛表面Ag/Sr共掺杂TiO2多孔薄膜的制备方法
CN1629364A (zh) 羟基磷灰石/氧化钛梯度涂层的制备方法
CN104911674B (zh) 一种多孔金属材料表面的生物活性涂层及其制备方法
CN100346845C (zh) 一种金属表面结构梯度生物涂层及其制备方法和应用
CN104404602B (zh) 一种表面多孔NiTi形状记忆合金制备方法
CN102181904B (zh) 一种钛表面活化处理的方法
CN105420786A (zh) 一种钛表面纳米硅钛酸钠/二氧化钛生物涂层的制备方法
CN102115901B (zh) 镁合金表面沉积Al2O3陶瓷涂层的方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20180717

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee