CN112891628B - 一种促进细胞生长防裂纹涂层及其制备方法 - Google Patents

一种促进细胞生长防裂纹涂层及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种促进细胞生长防裂纹涂层的制备方法，其包括如下步骤：于搅拌环境下，向无水乙醇中加入乙醇钽、醋酸镁、二乙醇胺和去离子水，加入完毕后进行搅拌、静置老化，获得乙醇钽镁溶胶凝胶；再将具有微纳米形貌的钛片浸入所得乙醇钽镁溶胶凝胶中，维持一段时间至乙醇钽镁溶胶凝胶粘附在所述具有微纳米形貌的钛片上后，取出晾置；然后进行加热处理，即得所述涂层。本发明的有益效果在于提供了一种制备过程简单、无裂纹产生且可以具有明显的促进成骨性能；同时，本发明的涂层还可以增强钛的耐腐性。

Description

一种促进细胞生长防裂纹涂层及其制备方法
技术领域
本发明属于生物材料技术领域，具体涉及一种促进细胞生长防裂纹涂层及其制备方法。
背景技术
钛合金因比强度高、质量轻、生物相容性好等特性，被广泛应用于骨科，如用作人工关节假体、脊柱融合器等。然而钛合金属于生物惰性金属，成骨性能差，常与周围骨组织整合效果欠佳。随着钛合金植入物应用数量的增多及应用时间的延长，因骨整合不良而导致钛植入体松动的病人数量急剧增多，植入体松动，轻则引起局部疼痛，重则需取出植入体，行植入体翻修手术。因此，增强钛植入体的成骨性能具有重要意义。
研究表明钽具有比钛合金更优异的成骨活性，被认为是一种极具潜力的骨金属植入材料。然而，钽价格昂贵、资源稀缺且加工工艺尚不成熟。因此，在传统骨金属植入材料表面制备钽涂层成为极具前景的替代方法。目前，常用的钽涂层制备方法有化学气相沉积、磁控溅射、等离子喷涂等。然而这些方法存在制备工序繁琐、设备需求高，原材料耗损大等问题。溶胶凝胶法作为一种传统的表面涂层制备技术，操作简单、原料消耗少、无需特殊设备且对改性基材无形貌要求，目前已应用于多种生物活性涂层的制备。但是此方法制备的涂层容易开裂，且涂层的厚度和均匀性难以控制，例如《Tantalum oxide/carbon nanotubescomposite coatings on titanium,and their functionalization withorganophosphonic molecular films:A high quality scaffold for hydroxyapatitegrowth》和《Sol–gel coatings for corrosionprotection of metals》所制备的涂层便存在这样的问题。一方面这与制备没有絮凝的均匀溶胶较难有关。这是因为溶胶凝胶是多组分体系，含有较多金属离子。另一方面干燥过程中由于应力收缩容易造成涂层开裂。
因此，提供一种方法简单、没有裂纹且具有相应生物医学功能的涂层是本领域亟需解决的问题。
发明内容
针对现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种没有裂纹产生，并可以显著地促进细胞生长的涂层。
为了实现上述目的，本发明提供的方案如下：
一种促进细胞生长防裂纹涂层的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
(1)制备乙醇钽镁溶胶凝胶：于搅拌环境下，向无水乙醇中滴加乙醇钽、二乙醇胺、去离子水并添加醋酸镁，滴加完毕后进行搅拌、静置老化，获得乙醇钽镁溶胶凝胶；所述二乙醇胺的至终浓度为0.250～0.258mol/L，所述乙醇钽的至终浓度为0.070～0.075mol/L，所述醋酸镁的至终浓度为0.018～0.038mol/L；
(2)将具有微纳米形貌的钛片浸入步骤(1)所得乙醇钽镁溶胶凝胶中，维持一段时间至乙醇钽镁溶胶凝胶粘附在所述具有微纳米形貌的钛片上后，取出晾置；
(3)对步骤(2)所得物进行加热处理，即得所述涂层。
作为本发明的优选技术方案，所述无水乙醇、乙醇钽、二乙醇胺和去离子水的体积比为(30～50):(0.8～1.2):(1.24～1.30):(1.20～1.28)。
作为本发明的优选技术方案，在滴加完毕后，所述搅拌的时间为30分钟；和/或，所述静置时，温度为室温。
作为本发明的优选技术方案，所述无水乙醇、乙醇钽、二乙醇胺和去离子水的体积比为40:1:1.28:1.24；和/或，所述二乙醇胺的至终浓度为0.254mol/L，所述乙醇钽的至终浓度为0.073mol/L，所述醋酸镁的至终浓度为0.022mol/L。
作为本发明的优选技术方案，在步骤(2)中，将所述具有微纳米形貌的钛片浸入所述乙醇钽镁溶胶凝胶中时，每次浸入时间5秒，共进行1-3次。
作为本发明的优选技术方案，在步骤(2)中，所述具有微纳米形貌的钛片是以垂直的形式浸入，之后以倾斜液面135°方向并以10mm/s的移动速度匀速提拉取出。
作为本发明的优选技术方案，步骤(2)中，所述具有微纳米形貌的钛片的制备方法为：钛片打磨、抛光后，依次用丙酮、无水乙醇和去离子水超声清洗，再置于含氢氟酸和硝酸的水溶液中酸蚀，获得表面具有微纳形貌的钛片；其中，所述氢氟酸与硝酸的摩尔比为1:6
作为本发明的优选技术方案，在步骤(3)中，进行加热时，采取如下方法：200℃温度以下时，以1℃/min的速率升温；在200-600℃温度区间时，以2℃/min的速率升温；然后在600℃下维持2小时。
本发明的另外一个目的在于提供由上述方法制备得到的促进细胞生长防裂纹涂层以及利用该涂层在促进细胞生长方面的应用。
本发明在研究过程中发现，采用本发明的方法，可以有效地控制裂纹的发生。在此基础上进一步发现，利用本发明的方法可以非常容易地制成具有高效促进细胞生长的钽镁涂层的。如本发明的对比例所示，当所用原料的浓度不在本发明摸索出的范围之时，不仅会出现裂纹，同时还会使得相应涂层检测不到钽，致使涂层失去相应的功能。
本发明的有益效果：
本发明提供了一种制备过程简单、无裂纹产生且可以具有明显的促进成骨性能；同时，本发明的涂层还可以增强钛的耐腐性。
附图说明
图1为本发明实施例1的表面扫描电镜图，其中，A1、A2为Ti表面的低倍镜视野和高倍镜视野观；B1、B2为Ti-Ta表面的低倍镜视野和高倍镜视野观；C1、C2为Ti-Ta-Mg表面的低倍镜视野和高倍镜视野观；B3为Ti-Ta表面元素成分，C3为Ti-Ta-Mg表面元素成分；
图2为涂层元素分布图，其中，A为仅含有钽的涂层的元素分布图；B为本发明实施例1钽镁复合涂层元素分布图；
图3为涂层修饰后钛合金表面耐腐蚀性比较图，其中，Ti6Al4V代表钛片，Ti6Al4V-Ta代表仅含有钽的涂层，Ti6Al4V-Ta-Mg代表本发明实施例1所得产品；
图4为骨髓间充质干细胞(BMSC)内碱性磷酸酶染色情况，其中，A为钛片、B为仅含有钽的涂层、C为本发明实施例1所得产品；图5涂层修饰后钛合金表面钙结节形成情况，其中，A为钛片、B为仅含有钽的涂层、C为本发明实施例1所得产品。
具体实施方式：
下面通过实施例对本发明进行具体描述，有必要在此指出的是以下实施例只是用于对本发明进行进一步的说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的技术熟练人员根据上述发明内容所作出的一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。
实施例1
(1)搅拌条件下，缓慢向10mL无水乙醇中滴加0.25mL乙醇钽(至终浓度为0.073mol/L)，随即滴加0.32mL二乙醇胺(至终浓度为0.254mol/L)并添加醋酸镁，再滴加0.31mL去离子水，使得醋酸镁的至终浓度为0.022mol/L。滴加完成后继续快速搅拌溶液30min，搅拌结束后，将溶液静置于室温条件过夜，形成乙醇钽镁溶胶凝胶。
(2)将10mm×10mm×1mm圆形钛片和钽片，依次用400、800、1200目金相砂纸打磨抛光，然后依次置于丙酮、无水乙醇、去离子水中超声清洗3次，每次15min，直至表面洁净，再将清洗后的钛片和钽片置于含硝酸和氢氟酸的水溶液(氢氟酸与硝酸的摩尔比为1:6)中酸蚀30s，酸蚀结束后再用去离子水超声清洗30min，然后置于50℃恒温烘箱中烘干，保存于无水乙醇中备用。
(3)将钛片垂直浸入乙醇钽镁溶胶凝胶中，维持5s，然后以10mm/s的速度垂直提拉，置于洁净的平板表面，室温干燥6h后再重复上述操作0-2次，过夜干燥，将干燥后的钛片置于精密电炉中热处理(热处理条件：0-200℃以1℃/min的速率升温，200-600℃以2℃/min的速率升温，并在600℃条件下维持120min，后逐步降温)，得到样品备用。
对所得样品进行形貌检测、元素分析、耐腐蚀性检测和成骨性能检测，结果分别如图1、图2、图3、图4和图5所示。
通过对涂层完整度的观察，并经形貌检测，本发明所得的涂层没有发生裂纹。通过对钛片浸涂次数的观察检测，发现采用本实施例的方法，仅浸涂一次，也未发现裂纹，同时也能检测到钽的存在。如图1和图2所示，本实施例制备的涂层具有钽和镁元素。
通过耐腐性检测，本发明的涂层可以有效地提升钛的耐腐蚀性，利于本发明涂层的实际应用。
如图4和图5所示，本发明可以显著地提高成骨能力，在本发明涂层上的表面细胞的碱性磷酸酶含量和钙结节形成数量均多于纯钛表面和仅含有钽的涂层，这可能是由于溶胶凝胶法构建的本发明涂层为钛表面提供了更多具有成骨活性基团，同时纳米颗粒形貌还能激活成骨相关细胞表面整合素α1、α2和b1等受体，使细胞内成骨基因表达增强，成骨相关蛋白的分泌增多，进而增强材料的成骨效应。
对比实施例1
将乙醇钽的至终浓度调整为0.344mol/L，其余与实施例1一致。结果发现，浸涂钛片1次时，发现了裂纹。
对比实施例2
将乙醇钽的至终浓度调整为0.0365mol/L，其余与实施例1一致。结果发现，浸涂钛片3-5次时，且无法在涂层中检测出钽的存在。
对比实施例3
将乙醇钽的至终浓度调整为0.080mol/L，其余与实施例1一致。结果发现，浸涂钛片1次时，发现了裂纹。
对比实施例4
将二乙醇胺的至终浓度调整为0.093mol/L，其余与实施例1一致。结果发现，浸涂钛片1次时，发现了裂纹。
对比实施例5
将醋酸镁的至终浓度调整为0.040mol/L，其余与实施例1一致。结果发现，浸涂钛片1次时，发现了裂纹。

Claims (10)

1.一种促进细胞生长防裂纹涂层的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
(1)制备乙醇钽镁溶胶凝胶：于搅拌环境下，向无水乙醇中滴加乙醇钽、二乙醇胺、去离子水并添加醋酸镁，滴加完毕后进行搅拌、静置老化，获得乙醇钽镁溶胶凝胶；所述二乙醇胺的至终浓度为0.250～0.258mol/L，所述乙醇钽的至终浓度为0.070～0.075mol/L，所述醋酸镁的至终浓度为0.018～0.038mol/L；
(2)将具有微纳米形貌的钛片浸入步骤(1)所得乙醇钽镁溶胶凝胶中，维持一段时间至乙醇钽镁溶胶凝胶粘附在所述具有微纳米形貌的钛片上后，取出晾置；
(3)对步骤(2)所得物进行加热处理，即得所述涂层。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述无水乙醇、乙醇钽、二乙醇胺和去离子水的体积比为(30～50):(0.8～1.2):(1.24～1.30):(1.20～1.28)。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在滴加完毕后，所述搅拌的时间为30分钟；和/或，所述静置时，温度为室温。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述无水乙醇、乙醇钽、二乙醇胺和去离子水的体积比为40:1:1.28:1.24；和/或，所述二乙醇胺的浓度为0.254mol/L，所述乙醇钽的至终浓度为0.073mol/L，所述醋酸镁的至终浓度为0.022mol/L。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤(2)中，将所述具有微纳米形貌的钛片浸入所述乙醇钽镁溶胶凝胶中时，每次浸入时间5秒，共进行1-3次。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述具有微纳米形貌的钛片是以垂直的形式浸入，之后以倾斜液面135°方向并以10mm/s的移动速度匀速提拉取出。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述具有微纳米形貌的钛片的制备方法为：钛片打磨、抛光后，依次用丙酮、无水乙醇和去离子水超声清洗，再置于含氢氟酸和硝酸的水溶液中酸蚀，获得表面具有微纳形貌的钛片；其中，所述氢氟酸与硝酸的摩尔比为1:6。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤(3)中，进行加热时，采取如下方法：200℃温度以下时，以1℃/min的速率升温；在200-600℃温度区间时，以2℃/min的速率升温；然后在600℃下维持2小时。
9.由权利要求1-8任一项所述的制备方法制备得到的促进细胞生长防裂纹涂层。
10.如权利要求9所述的促进细胞生长防裂纹涂层在促进细胞生长方面的应用。
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008044951A2 (en) * 2006-10-12 2008-04-17 Canterprise Limited An implant for bone replacement and attachment
CN103011813A (zh) * 2013-01-06 2013-04-03 电子科技大学 一种溶胶凝胶法制备高浓度钽酸锂薄膜的方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008044951A2 (en) * 2006-10-12 2008-04-17 Canterprise Limited An implant for bone replacement and attachment
CN103011813A (zh) * 2013-01-06 2013-04-03 电子科技大学 一种溶胶凝胶法制备高浓度钽酸锂薄膜的方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Novel sol gel coating of Nb2O5 on magnesium alloy for biomedical applications;P. Amaravathy et al.;《Surface & Coatings Technology》;20140202;第244卷;第131-141页 *
钽酸锂薄膜溶胶凝胶制备工艺研究;张熙等;《电子元件与材料》;20071031;第26卷(第10期);第29-32页 *

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