CN113456896B - 一种掺杂硒元素的二氧化钛纳米管阵列骨科抗肿瘤植入物 - Google Patents

一种掺杂硒元素的二氧化钛纳米管阵列骨科抗肿瘤植入物 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种掺杂硒元素的二氧化钛纳米管阵列骨科抗肿瘤植入物，一种掺杂硒元素的二氧化钛纳米管阵列骨科抗肿瘤植入物，通过以下步骤制备而得：（1）采用阳极氧化法在纯钛表面制备TiO2纳米管阵列；（2）采用电化学沉积法在TiO2纳米管阵列上掺杂Se元素，Se元素的掺杂量为0.5wt%‑22%。本发明用于重建切除肿瘤后肢体解剖结构和功能，同时能持续发挥抗肿瘤功效，以抑制可能残留在手术部位的肿瘤细胞，不对正常细胞产生影响，更安全有效。

Description

一种掺杂硒元素的二氧化钛纳米管阵列骨科抗肿瘤植入物
技术领域
本发明涉及骨科材料生产技术领域，特别涉及一种掺杂硒元素的二氧化钛纳米管阵列骨科抗肿瘤植入物。
背景技术
TiO2纳米管由于其尺寸可控性，热稳定性，耐腐蚀性能和优良的生物相容性等被广泛应用在种植体，药物控释和其他医学仪器等诸多领域。利用TiO2纳米管独特的中空结构，将生物活性物质或药物装载于管内可为表面的生物组织提供适合生长的界面以及进行药物控释。为了进一步提高和改善TiO2纳米管阵列的生物学性能并扩大其应用范围，研究者们采用多种方法对TiO2纳米管阵列的表面进行了表面改性处理，如在TiO2纳米管表面诱导羟基磷灰石层生成、调节TiO2纳米管表面化学性质和润湿性、元素掺杂、碱处理等。已有的研究证明了TiO2纳米管阵列的表面改性对于提高TiO2纳米管阵列表面的生物相容性和实现多功能性是一种可行的方法，但关于TiO2纳米管阵列的表面改性仍处于起步阶段，需要更深入的研究。
硒元素 (Se) 属VIA族元素，是生物体必须的微量营养元素之一。广泛分布于人体内除脂肪组织外的其他组织中。Se元素具有多种生理作用，如抗氧化作用、增强机体的免疫力、参与体内新陈代谢、抑制肿瘤细胞等。2003年9月美国食品药品管理局 (FDA) 认可硒是抗癌剂，这是美国政府对硒能抗癌的正式医学声明。此外，Se在视觉、心血管、生殖和排毒等方面也具有重要作用。Se的特点是有益剂量的范围较窄，在有益剂量之外Se则具有毒性，毒性剂量的范围较宽。随着纳米技术的成熟，采用纳米技术，将零价Se制成纳米Se，纳米Se与一般零价Se相比，毒性比无机Se和天然有机Se低很多。
对于恶性骨肿瘤，现有的治疗方法一般采取以外科手术为主的综合治疗，该类术式多应用金属或人体其它骨组织重建切除肿瘤后肢体解剖结构和功能，之后进一步采用放疗或化疗的方法对手术效果进行巩固，以灭杀手术后可能残留在周围的肿瘤细胞。然而，放疗或化疗的方法虽然能够灭杀手术后可能残留在周围的肿瘤细胞，但是对于正常细胞也会杀伤，且副作用较大，寻找一种更安全有效的方法成为亟需解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种掺杂硒元素的二氧化钛纳米管阵列骨科抗肿瘤植入物，用于重建切除肿瘤后肢体解剖结构和功能切除，同时能持续发挥抗肿瘤功效，以抑制可能残留在手术部位的肿瘤细胞，不对正常细胞产生影响，更安全有效。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种掺杂硒元素的二氧化钛纳米管阵列骨科抗肿瘤植入物，通过以下步骤制备而得：
（1）采用阳极氧化法在纯钛表面制备TiO2纳米管阵列；
（2）采用电化学沉积法在TiO2纳米管阵列上掺杂Se元素，Se元素的掺杂量为0.5wt%-22%。
该骨科抗肿瘤植入物的形状与手术部位切除肿瘤后产生的空间相适配。
作为优选，步骤（1）中，阳极氧化在双极性电解槽中进行，以纯钛作为阳极，不锈钢作为阴极，电源为稳压直流电源，电压18-25V，氧化时间30-50分钟，电解液为HF的水溶液。
作为优选，所述HF的水溶液的体积浓度为0.4-0.8%。
作为优选，所述纯钛的纯度﹥99%。
作为优选，步骤（1）在阳极氧化前，采用丙酮浸泡并伴随超声波清洗纯钛以除去表面油污，然后在HNO3溶液和HF溶液的体积比为1:1的混合溶液中进行化学抛光55-65 s以除去表面的自然氧化膜层，取出后去离子水清洗干净。
HNO3溶液的配制为：向1000ml水中加入50ml浓硝酸而得，浓硝酸的质量浓度为68±2%；HF溶液的配制为：向1000ml水中加入50ml HF酸而得，HF酸的质量浓度为40-50%。
作为优选，Se元素的最优掺杂量为4-5wt%。
作为优选，步骤（2）中，电化学沉积以步骤（1）处理后的纯钛作为阴极，不锈钢为阳极，0.25~3×10-3 mol/L的 Na2SeO3水溶液为电解液，沉积电压0.4V-0.7V。
作为优选，Na2SeO3水溶液采用稀释的HF水溶液调节pH至2-3，稀释的HF水溶液体积浓度为35-40%。
一种掺杂硒元素的二氧化钛纳米管阵列材料作为骨科抗肿瘤植入物的应用。
作为优选，所述肿瘤为骨肉瘤。
本发明的有益效果是：用于重建切除肿瘤后肢体解剖结构和功能，同时能持续发挥抗肿瘤功效，以抑制可能残留在手术部位的肿瘤细胞，不对正常细胞产生影响，更安全有效。
附图说明
图1 不同Se含量的Se掺杂TiO2纳米管阵列的表面SEM形貌图：(a)未掺杂的TiO2 纳米管阵列，(b) 0.5 wt% Se掺杂TiO2 纳米管阵列，(c) 5 wt% Se掺杂TiO2 纳米管阵列，(d)22 wt% Se掺杂TiO2 纳米管阵列。
图2是Se掺杂TiO2纳米管表面的EDX图谱。
图3是在细胞毒性试验中L-929细胞的相对增殖率。
图4是骨肉瘤细胞系Saos-2的alarmar 降低值 (0，0.5，5，22分别表示Se掺杂TiO2纳米管阵列上Se的含量)。
图5是骨肉瘤细胞系Saos-2细胞活性和凋亡荧光照片 (放大倍数：×100，图中绿色表示活细胞，黄色表示凋亡的细胞，红色表示死亡细胞)，a-d代表四种样本，a掺杂Se浓度0%，b掺杂Se浓度 0.5 wt%，c 掺杂Se浓度5 wt% 和d 掺杂Se浓度22 wt%。
具体实施方式
下面通过具体实施例，对本发明的技术方案作进一步的具体说明。
本发明中，若非特指，所采用的原料和设备等均可从市场购得或是本领域常用的。下述实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域的常规方法。
实施例：
一种掺杂硒元素的二氧化钛纳米管阵列骨科抗肿瘤植入物，通过以下步骤制备而得：
（1）采用阳极氧化法在纯钛表面制备TiO2纳米管阵列；阳极氧化在双极性电解槽中进行，以纯钛作为阳极，不锈钢作为阴极，电源为稳压直流电源，电压18-25V，氧化时间30-50分钟，电解液为HF的水溶液。所述HF的水溶液的体积浓度为0.4-0.8%。所述纯钛的纯度﹥99%。
步骤（1）在阳极氧化前，采用丙酮浸泡并伴随超声波清洗纯钛以除去表面油污，然后在HNO3溶液和HF溶液的体积比为1:1的混合溶液中进行化学抛光55-65s以除去表面的自然氧化膜层，取出后去离子水清洗干净。HNO3溶液的配制为：向1000ml水中加入50ml浓硝酸而得，浓硝酸的质量浓度为68±2%；HF溶液的配制为：向1000ml水中加入50mlHF酸而得，HF酸的质量浓度为40-50%。
（2）采用电化学沉积法在TiO2纳米管阵列上掺杂Se元素，Se元素的掺杂量为0.5wt%-22%（这个掺杂量是X射线能谱仪（EDX）进行面扫描得到的结果）。Se元素的掺杂量最优为4-5wt%。
步骤（2）中，电化学沉积以步骤（1）处理后的纯钛作为阴极，不锈钢为阳极，0.25~3×10-3 mol/L的 Na2SeO3水溶液为电解液，沉积电压0.4V-0.7V。Na2SeO3水溶液采用稀释的HF水溶液调节pH至2-3，稀释的HF水溶液体积浓度为35-40%。
试验方法
1． Se掺杂的TiO2纳米管阵列的制备
TiO2纳米管阵列的制备：采用阳极氧化的方法在纯钛表面制备了TiO2纳米管阵列。钛片 (纯度：99.5%，厚度：1 mm厚，直径：5 mm) 作为工作电极。在阳极氧化前，采用丙酮浸泡并伴随超声波清洗样品，以除去样品表面油污，然后在HNO3溶液和HF溶液的体积比为1:1的混合溶液中进行化学抛光60 s以除去钛片表面的自然氧化膜层。去离子水清洗钛片表面。阳极氧化在两电极电解槽中于20 V的电压下氧化40分钟。电解液为含0.6 vol% HF的水溶液。不锈钢作为阴极。电源为稳压直流电源 (WYJ-100V5A，稳凯电源)。阳极氧化完成后，用清水冲洗样品表面以除去残留的电解液，吹干备用。所有样品均在室温下进行制备。
Se元素的掺杂：采用电化学沉积的方法在TiO2纳米管阵列上进行Se元素的掺杂。在电化学沉积过程中，以表面覆盖有TiO2纳米管阵列的钛片作为阴极，不锈钢为阳极。电解液为含0.25~3×10-3 mol/L的 Na2SeO3 (国药集团) 水溶液。将Na2SeO3水溶液的PH值采用稀释的HF水溶液 (40%，国药集团) 进行调节，直到溶液PH值为3，呈酸性。沉积电压为0.5V。在相同的电解液中，试验了不同的沉积时间对TiO2纳米管阵列上掺杂Se元素含量的影响。在相同的沉积时间，试验了不同浓度的电解液对TiO2纳米管阵列上掺杂的Se含量的影响。阴阳两工作电极的间距保持约3 cm。沉积时间到后，取出样品，用去离子水清洗样品表面，吹干备用。针对后续的生物学试验，我们制备了Se含量分别为0.5 wt%，5 wt%，和22 wt%的Se掺杂TiO2纳米管阵列样品。
材料表征：掺杂Se元素的TiO2纳米管阵列的形貌和元素成分检测采用场发射扫描电子显微镜 (FE-SEM, SIRION 200) 和能谱仪 (EDX, INCA OXFORD)。
2. 生物学试验
三组Se含量分别为0.5 wt%，5 wt%，和22 wt% (根据EDX的检测结果) 的Se掺杂TiO2纳米管阵列样品用于生物学试验。本试验中，以未掺杂Se元素的TiO2纳米管阵列样品作为对照组。
2.1 毒性测试
根据国际标准ISO 1099325对各组样品进行生物体外细胞毒性检测。所获得的样品提取液为所有样品 (约3 cm2的表面积，样品为未掺杂的TiO2纳米管阵列和Se掺杂浓度为0.5 wt%，5 wt%，22 wt% 的TiO2纳米管阵列) 浸入培养基 (DMEM, Dulbecco’s modifiedeagle medium) 后在37℃培养72小时后的培养基。各样品的提取液取1 mL备用。L929系细胞 (小鼠成纤维细胞，中国科学院，上海) 在37 ℃，5% CO2的潮湿气氛中培养在含10%的胎牛血清 (FBS, fetal bovine serum, Hyclone, Tauranga, 新西兰) 和抗生素(penicillin 100 U/mL, streptomycin 100 μg/mL; Hyclone, Logan, UT, 美国) 的DMEM (GIBCO, Grand Island, NY, 美国) 中。L929 细胞 (103) 被接种在含150 μL的培养基的96孔板上，然后孵化48小时。对照组细胞被单独地接种在DMEM培养基中，每个样品分别进行5次试验以确保可重复性。向每孔中添加20 µL的5 mg/mL 3-(4，5-二甲基噻唑-2)-2，5-二苯基四氮唑溴盐 (3-(4, 5-dimethylthiazol-2-yl)-2, 5-diphenyltetrazoliumbromide (MTT, M-2128, Sigma))，随后在37℃中孵化3小时来决定琥珀酸脱氢酶的活性。
培养基和MTT被移除后，甲瓒产物在100 µL含0.04 mol/L HCl 的异丙醇溶液中进行增溶。采用自动板读数器 (Perkin-Elmer) 测量在570 nm处的吸收量进行定量检测。参照对照组的值，根据细胞活性将提取物分为不同的等级：高毒 (<30%)，中等毒性 (30-60%)，低毒 (60-90%)，无毒 (>90%)。
2.2 细胞增殖试验
不同Se掺杂浓度 (0.5 wt%，5 wt%，22 wt%) 的TiO2 纳米管阵列对人骨肉瘤Saos-2 细胞增殖的影响采用AlamarBule检测试剂 (一种氧化-还原指示剂) 进行测试，并按照制造商的指示进行。AlamarBlue是一种无细胞毒性的活体染料，可用于检测细胞的增殖或代谢。简言之，TiO2纳米管阵列和掺杂Se含量分别为0.5 wt%，5 wt%，22 wt%的TiO2 纳米管样品放入微量滴定板孔中，20 μL的AlamarBlue添加到密度为1×105 个/mL 的Saos-2细胞悬液中，随后将细胞悬液以180 μL/每孔放置于微量滴定板孔中。对照组包括添加了AlamarBlue的培养基或者添加了Saos-2 细胞和AlamarBlue的培养基。细胞悬液在37 ℃，5% CO2湿润气氛中培养24 h。从深蓝色到红色或粉红色的颜色变化预示着细胞的生长。AlamarBlue的还原可用多功能微孔板检测仪 (SynergyTM HT, BioTek Instruments,Winooski, VT) 进行检测，且还原率采用百分比表示。AlamarBlue的还原率采用制造商提供的公式进行计算，与它们的阴性对照组进行更换，阴性对照组仅包含含AlamarBlue的培养基。采用一个更为强大的阴性对照组，也就是培养基加上AlamarBlue，再加上浓度与每一个试验孔相同的药物。用于计算还原率的公式如下：
Reduced (%) =｛[(εox)λ2A λ1-(εox)A λ1A λ2] / [(εRed)λ1A’ λ2-(εRed)λ2A’ λ1]｝×100 (5-1)
εox为AlamarBlue氧化形式的摩尔消光系数 (蓝色)，εOX570=80586，εOX600=117216；εred为AlamarBlue还原形式的摩尔消光系数 (粉色)，εRed570 =155677，εRed600 =14652。A表示吸光值，A’表示阴性对照的吸光值，λ1=570 nm，λ2=600 nm。
2.3 细胞活性及凋亡测试
人骨肉瘤Saos-2细胞 (从中国科学院上海分院处购买) 在含10%的FBS和抗生素的DMEM培养液中在37 ℃，5% CO2的湿润气氛中进行培养。在进行接种之前，先将未掺杂与掺杂Se的TiO2纳米管进行消毒，并放置于24孔微量滴定板中，采用1 mL PBS清洗两次。Saos-2细胞以1.0×106 个/mL 的密度在新鲜的DMEM培养基中进行悬浮培养，1ml细胞悬浮液被分别接种到放置于24孔微量滴定板中的TiO2纳米管阵列的表面。种植有Saos-2细胞的TiO2 纳米管样品在37℃，5% CO2湿润气氛中培养24 h。 然后采用PBS轻轻洗涤TiO2纳米管阵列三次以除去未黏附的细胞。黏附的凋亡细胞采用形态染色方法进行检测 (acridineorange/ethidium bromide (AO/EB))。荧光贴壁细胞可通过荧光显微图像进行观察。
3. 试验结果与讨论
3.1 Se掺杂TiO2纳米管阵列的表面形貌和成分
图1所示的是TiO2纳米管阵列表面掺杂Se元素与未掺杂Se元素的表面形貌。未掺杂的TiO2纳米管阵列如图1(a) 所示，TiO2纳米管高度有序且表面均匀整洁。管径约120 nm，管长度约400 nm。沉积时间为2分钟的Se掺杂TiO2纳米管的表面形貌如图1(b) 所示，表面覆盖一些细小的沉积物，且TiO2纳米管的平均直径稍微减少，但是整个纳米管阵列形貌却并没有太大的改变。电化学沉积时间为4分钟时所获得的TiO2纳米管阵列表面形貌如图1(c)所示，可以明显观察到TiO2纳米管阵列表面局部地方被形状不规则尺寸约100 nm左右的片状物质所覆盖 (该片状物质被后面的EDX测试证实为Se元素)，且这些片状物质未相互连接，而是分散在TiO2纳米管阵列的表面。未被覆盖部分的TiO2纳米管阵列依然清晰可见，形貌结构没有发生变化。当电化学沉积时间延长到7分钟，TiO2纳米管阵列表面被完全覆盖，纳米管不可见，如图1(d)所示，所沉积的Se团聚成300-400 nm的块状颗粒，且块状颗粒之间有很明显的裂缝。肉眼可以观察到样品表面有红褐色的沉积物。当沉积时间为10分钟时，TiO2纳米管阵列的表面形貌与图1(d)相似。
掺杂Se的TiO2纳米管阵列表面EDX谱图如图2所示。谱图上除了Ti，O，F元素的峰外，出现了Se元素的峰，虽然峰强度不大，但是仍清晰可见，证明Se元素已经被成功地沉积在TiO2纳米管阵列上。Se元素在TiO2纳米管阵列上沉积的浓度可以通过改变电化学沉积时间和电解液的浓度进行调节。
3.2 Se掺杂TiO2纳米管阵列的细胞毒性测试
图3展示的是Se掺杂TiO2纳米管阵列表面生物体外细胞毒性测试结果。未掺杂的TiO2纳米管阵列和掺杂Se浓度分别为0.5 wt%，5 wt% 和22 wt%的TiO2纳米管阵列的萃取物均被评定为无细胞毒性。
3.3 Se掺杂TiO2纳米管阵列的抗癌效果初探
Se掺杂浓度分别为0.5 wt%，5 wt% 和22 wt% 的TiO2纳米管阵列对Saos-2细胞新陈代谢活性的影响采用AlamarBlue检测试剂进行检测，结果如图4~图5所示。图4展示的是骨肉瘤细胞系Saos-2细胞中Alarmar的降低。从图4可以看出，骨肉瘤细胞系Saos-2细胞在Se掺杂浓度分别为0.5 wt%和5 wt%的TiO2纳米管阵列上的活性低于未掺杂的TiO2纳米管阵列和Se掺杂含量为22 wt%的TiO2纳米管阵列。其中骨肉瘤细胞系Saos-2细胞在Se掺杂浓度为5 wt%的纳米管阵列上的活性在试验所用的四组样品中最低。
图5展示的是Se掺杂TiO2纳米管阵列对细胞活性和细胞凋亡的影响。采用荧光显微镜观察到的细胞状态。采用掺杂Se浓度分别为0%，0.5 wt%，5 wt% 和22 wt% 的TiO2纳米管样品进行比较。图片中绿色，黄色，红色荧光区域分别表示活细胞，凋亡的细胞以及死亡的细胞。图5 (a) 中，绿色区域几乎覆盖了整个样品表面，即表示活细胞覆盖在整个样品表面，表明Sao-2细胞在未掺杂Se的TiO2纳米管阵列表面处于较好的状态，具有较高的生存能力。从图5 (b)，图5 (c)中可以看出凋亡与死亡的细胞几乎占据了TiO2纳米管阵列的表面，且活细胞几乎未被检测到，说明在掺杂Se浓度为0.5 wt%和5 wt%的TiO2纳米管阵列上，Sao-2细胞的存活率很低，这两组样品能显著地降低Sao-2细胞的活性。图5 (d)中可以观察到活细胞、凋亡细胞和死亡细胞同时存在，但是大部分区域仍被活细胞所覆盖，说明Se掺杂浓度为22 wt%时，Sao-2细胞的存活率要高于Se掺杂含量为0.5 wt%和5 wt%的TiO2纳米管阵列，但是仍低于未掺杂Se的TiO2纳米管阵列。从图5可以得出，TiO2纳米管阵列掺杂Se元素后，对Sao-2细胞活性有较强的抑制作用，然而并不是Se掺杂含量越高对Sao-2细胞的抑制作用越强，只有在适当的Se掺杂浓度时，对Sao-2细胞的抑制作用才会很显著。结合图4的结果，可以发现，图5所展示的结果与图4是一致的。
本试验采用生物体外试验评价掺杂Se的TiO2纳米管阵列的生物学性能。从以上生物学试验结果可以看出，与未掺杂的TiO2纳米管阵列相比，掺杂Se的TiO2纳米管阵列表面上的Saos-2细胞的增殖被显著地抑制。但如果Se含量过高，对Saos-2细胞增殖的抑制反而不如Se含量较少的TiO2纳米管阵列。在本试验中，Se掺杂含量为0.5 wt%和5 wt%的TiO2纳米管阵列特别是含量为5 wt%时对Sao-2细胞的活性表现出了强烈的抑制作用。图1(b) 和 (c)所示当掺杂Se浓度分别为0.5 wt%和5 wt%，表面所沉积的Se呈纳米级分布在纳米管表面，当掺杂Se浓度为22 wt%时 (图1(d))，Se在纳米管的表面团聚成直径约400 nm的颗粒，覆盖整个纳米管阵列表面。该浓度下的Se掺杂TiO2纳米管阵列对骨肉瘤细胞的抑制作用反而不如较低的Se掺杂浓度。我们认为这种抑制作用很大程度上依赖所沉积的Se的浓度含量，且这种现象应该与Se本身的性质有很大的关系。大量的试验研究表明Se在抗癌方面的作用机理主要是通过诱导细胞凋亡或影响细胞周期来实现的，通过硒蛋白的抗氧化作用，降解致癌基因，进行血小板调节，改变DNA的损坏和调节免疫系统等方式来实现硒的抗肿瘤作用。但是，硒对肿瘤细胞的影响在不同种类、不同数量的肿瘤细胞内是不同的，且不同的基因和生物利用度使得硒对肿瘤细胞的作用也各不相同。同时，大量的研究也指出硒的一个显著特征就是其有效剂量的范围很窄，虽然近年出现的纳米硒具有高安全性、低毒及高生物活性的特点，但纳米硒对肿瘤细胞的作用机制以及剂量的影响仍需系统性的研究。在本发明中，发明人发现对于骨肉瘤细胞，较低的Se掺杂浓度反而更利于对细胞新陈代谢的抑制，而常规的理解都指向Se掺杂浓度越高抑制效果越好。
3.4 Se元素在TiO2纳米管阵列表面的沉积机制
表面生长有TiO2纳米管阵列的钛片作为电化学沉积过程的阴极，以不锈钢作为阳极。Na2SeO3的水溶液为电解液。在该电解液中，Na2SeO3水解生成H2SeO3，电解液呈弱碱性。反应方程式如 (5-2) 所示：
Na2SeO3 + 2H2O⇔ H2SeO3 + 2Na+ + 2OH- (5-2)
如果电解液仅仅包含Na2SeO3和去离子水，即使在很长的沉积时间内，TiO2纳米管阵列表面Se的沉积量也是很微弱的，TiO2纳米管阵列的表面形貌几乎不发生改变。在本试验中，我们采用稀释的HF水溶液来调节Na2SeO3电解液的PH值。随着酸溶液的滴加，Na2SeO3电解液变成酸性直至PH值为3。在电化学沉积过程中，当电压加在阴阳极之间时，一些H2SeO3 分子在电场的作用下迁移到阴极，在阴极上与电解液中的H+和阴极上的e−反应生成单质Se，并沉积在TiO2纳米管阵列的表面。反应方程式如 (5-3) 所示：
H2SeO3 + 4H+ + 4e− ⇔ Se + 3H2O(5-3)
降低电解液的PH值，能使上述反应更快速地进行。然而我们认为，Se的沉积并非仅仅取决于电解液的PH值，同时也依赖于TiO2纳米管阵列的特殊多孔结构，该多孔中空结构有利于物质在其上的沉积固定和形成生长。TiO2纳米管阵列结构为Se的沉积和形成生长提供了固定点。电化学沉积的最初阶段，在TiO2纳米管阵列表面的某些点处，纳米级的Se颗粒首先在这些地方附着并固定，这些纳米级的颗粒逐渐生长进而连成块状，如图1(c)所示。最后，Se连成块状形成一层Se膜层覆盖在整个TiO2纳米管阵列表面，如图1(d)所示。TiO2纳米管阵列表面结构提高了Se沉积层与TiO2纳米管阵列的连接强度。
4. 小结
为了扩大TiO2纳米管阵列的表面功能化，本发明采用阳极氧化与电化学沉积相结合的方法成功地制备了掺杂Se的TiO2纳米管阵列，样品的形貌和成分采用FESEM和EDX进行表征。并对Se的沉积机制进行了讨论。掺杂Se的TiO2纳米管阵列的生物学性能，如细胞毒性，对骨肉瘤Sao-2细胞新陈代谢的作用进行了检测。研究结果如下：
(1) Se元素被成功地沉积在TiO2纳米管阵列表面，当Se元素含量较低时，在TiO2纳米管阵列表面呈纳米片状结构，随着纳米管阵列表面Se浓度的增加，Se元素逐渐团聚成膜层覆盖在纳米管阵列的表面。
(2) TiO2纳米管阵列表面掺杂Se的浓度能通过对电解液浓度和沉积时间等参数的调节进行调节。Se浓度随电解液成分浓度增大而增加，同时也随沉积时间的延长而增加。
(3) 体外细胞毒性试验表明Se掺杂的TiO2纳米管是无毒性的。Se掺杂TiO2纳米管阵列较未掺杂TiO2纳米管阵列对骨肉瘤Saos-2细胞的新陈代谢具有显著的抑制作用。Se掺杂浓度较低的纳米管阵列对骨肉瘤Saos-2细胞新陈代谢的抑制作用显著高于Se掺杂浓度较高的纳米管阵列。本试验中，Se浓度为5 wt%时，Se掺杂TiO2纳米管对细胞新陈代谢的抑制作用最强。
以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。

Claims (9)

1.一种掺杂硒元素的二氧化钛纳米管阵列骨科抗肿瘤植入物，其特征在于，通过以下步骤制备而得：
（1）采用阳极氧化法在纯钛表面制备TiO2纳米管阵列；
（2）采用电化学沉积法在TiO2纳米管阵列上掺杂Se元素，Se元素的掺杂量为5wt%。
2.根据权利要求1所述的一种掺杂硒元素的二氧化钛纳米管阵列骨科抗肿瘤植入物，其特征在于，步骤（1）中，阳极氧化在双极性电解槽中进行，以纯钛作为阳极，不锈钢作为阴极，电源为稳压直流电源，电压18-25V，氧化时间30-50分钟，电解液为HF的水溶液。
3.根据权利要求2所述的一种掺杂硒元素的二氧化钛纳米管阵列骨科抗肿瘤植入物，其特征在于，所述HF的水溶液的体积浓度为0.4-0.8%。
4.根据权利要求1所述的一种掺杂硒元素的二氧化钛纳米管阵列骨科抗肿瘤植入物，其特征在于，所述纯钛的纯度﹥99%。
5.根据权利要求1所述的一种掺杂硒元素的二氧化钛纳米管阵列骨科抗肿瘤植入物，其特征在于，步骤（1）在阳极氧化前，采用丙酮浸泡并伴随超声波清洗纯钛以除去表面油污，然后在HNO3溶液和HF溶液的体积比为1:1的混合溶液中进行化学抛光55-65 s以除去表面的自然氧化膜层，取出后去离子水清洗干净。
6.根据权利要求1所述的一种掺杂硒元素的二氧化钛纳米管阵列骨科抗肿瘤植入物，其特征在于，步骤（2）中，电化学沉积以步骤（1）处理后的纯钛作为阴极，不锈钢为阳极，0.25~3×10-3 mol/L的 Na2SeO3水溶液为电解液，沉积电压0.4V-0.7V。
7.根据权利要求6所述的一种掺杂硒元素的二氧化钛纳米管阵列骨科抗肿瘤植入物，其特征在于，Na2SeO3水溶液采用稀释的HF水溶液调节pH至2-3，稀释的HF水溶液体积浓度为35-40%。
8.一种如权利要求1所述的掺杂硒元素的二氧化钛纳米管阵列材料在制备骨科抗肿瘤植入物上的应用。
9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，所述肿瘤为骨肉瘤。
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