CN107773783A - 一种适合超声治疗的生物医用钛材料及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明属于医用生物医用材料领域，具体的是涉及一种适合超声治疗的生物医用钛材料及其制备方法和应用。在医用钛材料表面制备压电陶瓷涂层，以钛合金基材中的钛元素作为钛源，在含有碱土金属或碱土金属和碱金属离子的强碱性溶液中原位自转化合成或微弧、阳极氧化合成，通过体外低强度超声波刺激体内经过压电陶瓷涂层改性的钛材料，产生能刺激骨组织修复的局域微电流，促进骨组织修复。从而，利用超声波和压电陶瓷交互作用产生局域微电流的特点，提出了体外超声波激发体内医用钛合金表面压电陶瓷涂层的研究思路，利用其有效转化产生的体液湍流、微电流和微应力等多种积极因素促进骨生长以及毛细血管的形成，达到患者术后进行早期治疗的目的。

Description

一种适合超声治疗的生物医用钛材料及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于医用生物医用材料领域，具体的是涉及一种适合超声治疗的生物医用钛材料及其制备方法和应用。
背景技术
医用金属植入材料已经被广泛应用于骨缺损的临床治疗。在生物医用植入材料中，钛合金凭借其优良的生物相容性、综合力学性能和工艺性能已成为牙种植体、骨创伤产品以及人工关节等人体硬组织替代物和修复物的首选材料。但钛合金材料是一种生物惰性材料，通常不能像生物活性材料那样与骨组织发生化学键性的结合，其表面新骨形成的时间较长，不利于植入物的生物稳定性。因此，目前的研究热点集中在对钛合金的表面进行生物活化改性处理，其总体思路是在钛合金表面生成有机(如蛋白质、酶等)或无机(如羟基磷灰石、二氧化钛等)生物活性涂层。
随着研究的深入，大量研究表明电学效应在骨组织修复过程中起到巨大的作用。主要表现为骨在动态载荷作用下(如走路、跑步、跳跃等)，骨内产生流动电位(来源于动电现象)和压电电位(来源于压电效应)，这些由力学刺激转变来的电信号，在细胞内产生一系列关键的生物化学改变，包括影响蛋白质和糖胺多糖的合成、细胞的增殖和分化、骨和软骨的生长以及环核苷酸的储蓄等关键生化过程，从而影响骨的生长和改建。另外，自然界中所有的有机体都是电动力学系统，具有大量、稳定的电学梯度。从细菌到哺乳动物，有机体都对电磁场敏感，影响细胞的有丝分裂，组织的生长和创伤的修复。电信号主导组织修复的现象已经得到同行的公认，在大量的文献中也记载了能产生内源性电信号的组织具有更强的再生能力。
压电效应是19世纪末首先在水晶和电气石晶体中发现的。当机械外力作用于晶体时，晶体发生形变使正负电荷重心偏移极化而产生电荷。有可能存在压电效应的材料不仅是晶体，非晶体等各向异性介质亦有可能有压电效应。生物体就是一个复杂的压电体。机体的各种组织肌肉、神经、骨骼等都具有压电性。骨骼受应力作用发生形变产生电位差，负电位处有新骨沉积，微直流电能刺激骨生成。压电陶瓷以涂层形式负载于多孔钛合金表面，不仅可发挥陶瓷材料的化学稳定性、与骨细胞的生物相容性及与骨相近的弹性模量等优越性，而且将其植入骨内后不需要外电源，依靠机体自身的活动而产生压电效应，产生合适的电刺激，在负极处吸引钙盐定向沉积，从而使骨质的钙化表现出了方向性，使得材料与机体在电相容性方面达到协调与匹配。
鉴于压电陶瓷技术能够充分从生化、电学等方面促进骨细胞生长的作用，将压电陶瓷涂层应用于医用多孔含钛材料表面修饰，可以预期能够显著促进骨组织在人体内的生长，有效解决现有多孔含钛材料表面改性技术的涂层与载体结合力较弱，涂层抗腐蚀性、生物活性差等问题，进一步促进大面积骨缺损的修复治疗。
低强度脉冲超声波(low-intensity pulsed ultrasound,LIPUS)是一种以高频声压压力波的机械形式在组织内传播的非侵入性物理疗法，在临床上对于新鲜骨折和骨不连有很好的治疗效果。利用超声波和压电陶瓷等交互作用产生局域微电流的特点，提出了体外超声波激发体内压电陶瓷表面的研究思路，通过其有效转化产生微电流和微应力等多种积极因素促进骨生长以及毛细血管的形成，促进骨组织快速修复，保证了钛合金多孔支架与骨组织的良好结合和及其在人体内的长期稳定使用，为大段/大块骨缺损临床治疗难题提供有效思路。
发明内容
本发明的目的在于提供一种适合超声治疗的生物医用钛材料及其制备方法和应用，在医用钛材料表面制备压电陶瓷涂层，通过体外低强度超声波刺激体内经过压电陶瓷涂层改性的钛材料，产生能刺激骨组织修复的局域微电流，从而来促进骨组织修复。
本发明的技术方案是：
一种适合超声治疗的生物医用钛材料，在医用钛材料表面制备压电陶瓷涂层，压电陶瓷为钙钛矿结构无铅压电陶瓷。
所述的适合超声治疗的生物医用钛材料，医用钛材料为板状、棒状或多孔结构无细胞毒性的钛或其合金。
所述的适合超声治疗的生物医用钛材料，压电陶瓷采用钛酸钡基无铅压电陶瓷或钛酸铋钠基无铅压电陶瓷，压电陶瓷涂层具有较高的界面结合强度、抗腐蚀性，无细胞毒性。
所述的适合超声治疗的生物医用钛材料，压电陶瓷涂层厚度50～5000纳米，压电陶瓷涂层与钛材料基材的界面结合强度大于20MPa，压电陶瓷涂层的介电常数在50至2000之间。
所述的适合超声治疗的生物医用钛材料的制备方法，以钛合金基材中的钛元素作为钛源，在含有碱土金属或碱土金属和碱金属离子的强碱性溶液中原位自转化合成或微弧、阳极氧化合成。
所述的适合超声治疗的生物医用钛材料的应用，通过体外低强度超声波刺激体内经过压电陶瓷涂层改性的钛材料，产生能刺激骨组织修复的局域微电流，从而来促进骨组织修复。
所述的适合超声治疗的生物医用钛材料的应用，超声波源为低强度超声波源，超声波与压电陶瓷涂层交互作用产生的局域微电流大小在适合于刺激骨组织修复的电流大小范围之内。
所述的适合超声治疗的生物医用钛材料的应用，超声波源强度为10～200mW/cm2，超声波与压电陶瓷涂层交互作用产生的局域微电流，局域微电流对骨组织修复有正向作用，电流大小绝对值在1～100微安。
本发明的设计思想是：
为了适应常规骨缺损和大面积骨缺损的超声波治疗技术的发展，本发明提出了医用钛合金表面压电陶瓷涂层改性和超声波治疗技术相结合的研究方案，通过调控压电陶瓷涂层的合成条件，使其满足体外超声波激发骨组织再生所需的良好力学、生化和电流等环境，利用促进骨组织再生和毛细血管形成的多因素协同作用，实现缺损骨组织的快速修复和长期稳定，期望为解决大面积骨缺损的临床治疗难题提供新的解决途径。本发明利用钛合金含有的钛元素作为钛源，在高温、高压条件下，利用钛合金基体原位自转化水热合成技术，实现钛合金表面压电陶瓷涂层的原位生长、牢固结合，通过调控溶液组成、温度、压力等水热合成条件，控制压电陶瓷层厚度、孔结构、晶体尺寸、晶体取向等性能参数，实现对压电性能的有效控制，使所制备的压电陶瓷涂层具有良好的低强度超声波相应性能。
本发明的有益效果及具体创新点如下：
(1)利用超声波和压电陶瓷交互作用产生局域微电流的特点，提出了体外超声波激发体内医用钛合金表面压电陶瓷涂层的研究思路，利用其有效转化产生的体液湍流、微电流和微应力等多种积极因素促进骨生长以及毛细血管的形成，达到患者术后进行早期治疗的目的。
(2)利用患者在康复期的适当锻炼可实现外部动态载荷的骨传导，在压电陶瓷表面产生局域微电流，不仅可以加速骨组织在康复期的愈合，而且实现了多孔人工骨的远期稳固结合。
(3)采用原位自转化合成方法制备钙钛矿结构压电陶瓷涂层与载体结合牢固，界面结合强度大于20MPa，组织均匀，无毒性，介电常数高。
(4)超声波与压电陶瓷涂层交互作用产生的微电流，在适合于骨组织修复的生物电范畴之内。
附图说明
图1为钛合金表面压电陶瓷涂层形貌。
图2为钛合金表面压电陶瓷涂层的XRD图谱。图中，横坐标为衍射角2θ(度)；纵坐标Intensity(counts)为强度(计数)。
图3为钛合金表面压电陶瓷涂层的EDS成分图谱。
图4为钛合金表面压电陶瓷涂层的介电常数曲线。
图5为压电陶瓷改性片状钛合金样品周期性超声波作用下产生的电偶电流曲线。
图6为压电陶瓷改性多孔结构钛合金样品周期性超声波作用下产生的电偶电流曲线。
具体实施方式
在具体实施过程中，本发明利用超声波和压电陶瓷交互作用产生局域微电流的特点，提出了体外超声波激发体内钛材料表面压电陶瓷涂层的研究思路，利用其有效转化产生的体液湍流、微电流和微应力等多种积极因素促进骨生长以及毛细血管的形成，达到患者术后进行早期治疗的目的。在医用钛材料表面制备压电陶瓷涂层，通过体外低强度超声波刺激体内经过压电陶瓷涂层改性的钛材料，产生能刺激骨组织修复的局域微电流，从而来促进骨组织修复，压电陶瓷涂层为无铅钙钛矿结构压电陶瓷，压电陶瓷涂层具有较高的界面结合强度、抗腐蚀性，无细胞毒性。
其中，钛材料为板状、棒状或多孔结构，无细胞毒性的钛及其合金，压电陶瓷为钙钛矿结构无铅压电陶瓷。超声波源为低强度超声波源，超声波与压电陶瓷涂层交互作用产生的局域微电流大小在适合于刺激骨组织修复的电流大小范围之内。压电陶瓷采用钛酸钡基无铅压电陶瓷或钛酸铋钠基无铅压电陶瓷，涂层厚度50～5000纳米，优选为100～500纳米，压电陶瓷涂层与钛材料基材的界面结合强度20～60MPa，压电陶瓷涂层的介电常数在100至2000之间。超声波源为低强度超声波源，强度10～200mW/cm2，优选为20～50mW/cm2；超声波与压电陶瓷涂层交互作用可以产生的局域微电流，局域微电流对骨组织修复有正向作用，大小在1～100微安，优选为5～20微安。以钛合金基材中的钛元素作为钛源，在含有碱土金属或碱土金属和碱金属离子的强碱性溶液中原位自转化合成或微弧、阳极氧化合成。该生物医用钛材料以钛合金基材中的钛元素作为钛源，在含有碱土金属或碱土金属和碱金属离子的强碱性溶液中原位自转化合成或微弧、阳极氧化合成。
下面通过实施例详述本发明。
实施例1
本实施例中，基材为3D打印多孔Ti6Al4V；压电陶瓷涂层为钛酸钡压电陶瓷涂层，涂层厚度为50纳米，涂层5000Hz频率下介电常数为800，涂层界面结合强度为55MPa。涂层的制备方法为原位自转化合成，具体为将经过酸洗、醇洗的钛合金基材加入1mol/L的氢氧化钡溶液中，120℃水热合成20小时。超声波源强度为20mW/cm2，作用周期为100秒。工作电极为铂电极，参比电极为甘汞电极，测试铂电极与工作电极之间的电偶电流大小。
本实施例中，经电化学装置进行超声波响应测试，在超声波作用下产生的电偶电流大小为负10微安。
实施例2
本实施例中，基材为棒状Ti2448；压电陶瓷涂层为钛酸钡压电陶瓷涂层，涂层厚度为300纳米，涂层5000Hz频率下介电常数为1000，涂层界面结合强度为51MPa。涂层的制备方法为原位自转化合成，具体为将经过酸洗、醇洗的钛合金基材加入2mol/L的氢氧化钡溶液中，150℃水热合成10小时。超声波源强度为30mW/cm2，作用周期为100秒。工作电极为铂电极，参比电极为甘汞电极，测试铂电极与工作电极之间的电偶电流大小。
本实施例中，经电化学装置进行超声波响应测试，在超声波作用下产生的电偶电流大小为负20微安。
实施例3
本实施例中，基材为板状Ti6Al4V；压电陶瓷涂层为钛酸锶钡压电陶瓷涂层，涂层厚度为200纳米，涂层5000Hz频率下介电常数为1200，涂层界面结合强度为53MPa。涂层的制备方法为原位自转化合成，具体为将经过酸洗、醇洗的钛合金基材加入2mol/L的氢氧化钡、1mol/L的氢氧化锶溶液中，180℃水热合成5小时。超声波源强度为50mW/cm2，作用周期为100秒。工作电极为铂电极，参比电极为甘汞电极，测试铂电极与工作电极之间的电偶电流大小。
本实施例中，经电化学装置进行超声波响应测试，在超声波作用下产生的电偶电流大小为负30微安。
实施例4
本实施例中，基材为棒状纯钛；压电陶瓷涂层为钛酸铋钠压电陶瓷涂层，涂层厚度为500纳米，涂层5000Hz频率下介电常数为1500，涂层界面结合强度为52MPa。涂层的制备方法为原位自转化合成，具体为将经过酸洗、醇洗的钛合金基材加入0.5mol/L的氢氧化钠和1mol/L的氢氧化铋溶液中，120℃水热合成40小时。超声波源强度为10mW/cm2，作用周期为100秒。工作电极为铂电极，参比电极为甘汞电极，测试铂电极与工作电极之间的电偶电流大小。
本实施例中，经电化学装置进行超声波响应测试，在超声波作用下产生的电偶电流大小为正20微安。
实施例5
本实施例中，基材为3D打印多孔纯钛；压电陶瓷涂层为钛酸钡压电陶瓷涂层，涂层厚度为2微米，涂层5000Hz频率下介电常数为400，涂层界面结合强度为45MPa。涂层的制备方法为微弧氧化，具体为将经过酸洗、醇洗的钛合金基材加入1mol/L的氢氧化钡溶液中，微弧氧化处理5分钟。超声波源强度为20mW/cm2，作用周期为100秒。工作电极为铂电极，参比电极为甘汞电极，测试铂电极与工作电极之间的电偶电流大小。
本实施例中，经电化学装置进行超声波响应测试，在超声波作用下产生的电偶电流大小为负5微安。
实施例6
本实施例中，基材为棒状Ti2448；压电陶瓷涂层为钛酸钡压电陶瓷涂层，涂层厚度为5微米，涂层5000Hz频率下介电常数为300，涂层界面结合强度为48MPa。涂层的制备方法为微弧氧化，具体为将经过酸洗、醇洗的钛合金基材加入2mol/L的氢氧化钡溶液中，微弧氧化处理30秒。超声波源强度为100mW/cm2，作用周期为100秒。工作电极为铂电极，参比电极为甘汞电极，测试铂电极与工作电极之间的电偶电流大小。
本实施例中，经电化学装置进行超声波响应测试，在超声波作用下产生的电偶电流大小为正30微安。
实施例7
本实施例中，基材为棒状纯钛；压电陶瓷涂层为钛酸锶钡压电陶瓷涂层，涂层厚度为2微米，涂层5000Hz频率下介电常数为500，涂层界面结合强度为43MPa。涂层的制备方法为阳极氧化，具体为将经过酸洗、醇洗的钛合金基材加入0.8mol/L的氢氧化钠和0.3mol/L的氢氧化铋溶液中，阳极氧化处理20分钟。超声波源强度为100mW/cm2，作用周期为100秒。工作电极为铂电极，参比电极为甘汞电极，测试铂电极与工作电极之间的电偶电流大小。
本实施例中，经电化学装置进行超声波响应测试，在超声波作用下产生的电偶电流大小为负10微安。
如图1所示，从钛合金表面压电陶瓷涂层形貌可以看出，压电陶瓷晶体结晶完整、组织均匀、涂层致密。
如图2所示，从钛合金表面压电陶瓷涂层的XRD图谱可以看出，涂层结晶良好，表现出典型的钙钛矿晶体结构。
如图3所示，从钛合金表面压电陶瓷涂层的EDS成分图谱可以看出，钡、钛、氧原子比复合钛酸钡化学组成。
如图4所示，从钛合金表面压电陶瓷涂层的介电常数曲线可以看出，压电陶瓷涂层具有较高的介电常数，6000Hz频率下，介电常数大于800。
如图5所示，从周期性超声波作用下产生的电偶电流曲线可以看出，产生的电偶电流大小在-6～-17.5微安之间，与文献中报道的能促进骨组织修复的电流范围之内。
如图6所示，从周期性超声波作用下产生的电偶电流曲线可以看出，产生的电偶电流大小在-5～-15微安之间，与文献中报道的能促进骨组织修复的电流范围之内。
实施例结果表明，在钛及其合金表面制备的压电陶瓷涂层，通过合理的工艺控制，可以使压电陶瓷涂层在低频超声作用下产生局域微电流。该电流大小在能促进骨组织修复的生物电流大小范围之内，有望应用于适用于超声治疗的骨组织修复。

Claims (8)

1.一种适合超声治疗的生物医用钛材料，其特征在于，在医用钛材料表面制备压电陶瓷涂层，压电陶瓷为钙钛矿结构无铅压电陶瓷。
2.按照权利要求1所述的适合超声治疗的生物医用钛材料，其特征在于，医用钛材料为板状、棒状或多孔结构无细胞毒性的钛或其合金。
3.按照权利要求1所述的适合超声治疗的生物医用钛材料，其特征在于，压电陶瓷采用钛酸钡基无铅压电陶瓷或钛酸铋钠基无铅压电陶瓷，压电陶瓷涂层具有较高的界面结合强度、抗腐蚀性，无细胞毒性。
4.按照权利要求1或4所述的适合超声治疗的生物医用钛材料，其特征在于，压电陶瓷涂层厚度50～5000纳米，压电陶瓷涂层与钛材料基材的界面结合强度大于20MPa，压电陶瓷涂层的介电常数在50至2000之间。
5.一种权利要求1至4之一所述的适合超声治疗的生物医用钛材料的制备方法，其特征在于，以钛合金基材中的钛元素作为钛源，在含有碱土金属或碱土金属和碱金属离子的强碱性溶液中原位自转化合成或微弧、阳极氧化合成。
6.一种权利要求1至4之一所述的适合超声治疗的生物医用钛材料的应用，其特征在于，通过体外低强度超声波刺激体内经过压电陶瓷涂层改性的钛材料，产生能刺激骨组织修复的局域微电流，从而来促进骨组织修复。
7.按照权利要求6所述的适合超声治疗的生物医用钛材料的应用，其特征在于，超声波源为低强度超声波源，超声波与压电陶瓷涂层交互作用产生的局域微电流大小在适合于刺激骨组织修复的电流大小范围之内。
8.按照权利要求6所述的适合超声治疗的生物医用钛材料的应用，其特征在于，超声波源强度为10～200mW/cm2，超声波与压电陶瓷涂层交互作用产生的局域微电流，局域微电流对骨组织修复有正向作用，电流大小绝对值在1～100微安。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112451743A (zh) * 2020-12-07 2021-03-09 嘉兴海聚兴港新材料科技有限公司 一种人造骨骼表面生物活性涂层材料
CN115094496A (zh) * 2022-06-20 2022-09-23 西安理工大学 一种钛合金表面铃铛型生物压电纳米管涂层的制备方法
CN116043205A (zh) * 2023-03-31 2023-05-02 上海交通大学医学院附属第九人民医院 一种钛酸铜钡压电陶瓷涂层及其制备方法和用途

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20040015854A (ko) * 2002-08-14 2004-02-21 박영준 티타늄 표면 위에 코팅된 티탄산 바륨 박막의 분극처리에 의한 생체유사용액에서의 칼슘-포스페이트 생성 증진
CN1785439A (zh) * 2005-10-14 2006-06-14 哈尔滨工程大学 活性生物压电陶瓷涂层及在钛基体表面制备该涂层的方法
US20140370072A1 (en) * 2007-08-07 2014-12-18 Abbott Cardiovascular Systems Inc. Prohealing piezoelectric coatings
CN104557057A (zh) * 2015-01-29 2015-04-29 西安理工大学 一种仿生骨植入材料及其制备方法
CN104674321A (zh) * 2013-11-29 2015-06-03 中国科学院金属研究所 一种钛或钛合金表面含铜抗菌生物陶瓷膜的制备方法和应用

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20040015854A (ko) * 2002-08-14 2004-02-21 박영준 티타늄 표면 위에 코팅된 티탄산 바륨 박막의 분극처리에 의한 생체유사용액에서의 칼슘-포스페이트 생성 증진
CN1785439A (zh) * 2005-10-14 2006-06-14 哈尔滨工程大学 活性生物压电陶瓷涂层及在钛基体表面制备该涂层的方法
US20140370072A1 (en) * 2007-08-07 2014-12-18 Abbott Cardiovascular Systems Inc. Prohealing piezoelectric coatings
CN104674321A (zh) * 2013-11-29 2015-06-03 中国科学院金属研究所 一种钛或钛合金表面含铜抗菌生物陶瓷膜的制备方法和应用
CN104557057A (zh) * 2015-01-29 2015-04-29 西安理工大学 一种仿生骨植入材料及其制备方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
SHAHRAM RAHMATI等: "Characterization and in vitro evaluation of nanostructure Barium titanate coating on Ti6Al4V", 《JOURNAL OF CERAMIC PROCESSING RESEARCH》 *
王立威等: "骨组织植入用压电材料研究进展", 《中国实用口腔科杂志》 *
胡莹等: "低强度脉冲超声波辐照与泡沫TiC/Ti对犬节段性骨缺修复的促进作用", 《中国比较医学杂志》 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112451743A (zh) * 2020-12-07 2021-03-09 嘉兴海聚兴港新材料科技有限公司 一种人造骨骼表面生物活性涂层材料
CN115094496A (zh) * 2022-06-20 2022-09-23 西安理工大学 一种钛合金表面铃铛型生物压电纳米管涂层的制备方法
CN115094496B (zh) * 2022-06-20 2024-01-26 西安理工大学 一种钛合金表面铃铛型生物压电纳米管涂层的制备方法
CN116043205A (zh) * 2023-03-31 2023-05-02 上海交通大学医学院附属第九人民医院 一种钛酸铜钡压电陶瓷涂层及其制备方法和用途

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