CN113897569B - 一种提高细胞粘附与增殖的钛合金表面形貌及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种提高细胞粘附与增殖的钛合金表面形貌及制备方法。在钛合金表面形成微米尺度的坑，坑的表面有纳米尺度的凸起，合金表面的粗糙度不超过10μm，在所有表面均匀分布着纳米尺寸的含铜或银化合物颗粒。制备过程中，首先，将含铜或银钛合金固溶处理；其次，采用机械方法在钛合金表面构造微米尺度的坑，然后，采用化学方法在微米尺度的坑表面形成纳米尺寸的凸起。再次，通过热处理的方式在坑的表面形成纳米尺度的含铜或银化合物。该表面不仅具有良好的抗菌性能和细胞相容性，能促进细胞在合金表面的粘附与铺展、细胞功能表达以及提高植入体与周围组织的结合强度，延长植入体使用寿命，可广泛应用于骨科和齿科含铜或银钛合金植入体的表面处理。

Description

一种提高细胞粘附与增殖的钛合金表面形貌及制备方法
技术领域
本发明属于含铜或银钛合金表面改性领域，具体涉及一种显著提高含铜或银钛合金表面细胞粘附与增殖性能的表面形貌及其制备方法。
背景技术
含铜或银钛合金由于具有很好的抗菌性能，良好的力学性能和耐腐蚀性能，已经成为潜在的骨科用生物材料。但是，合金仍然是一种惰性材料，细胞在合金表面的粘附、铺展以及增殖与纯钛相比没有显著差异，因此提高合金表面的细胞相容性，促进细胞的粘附与铺展以及增殖性能关系到含铜或含银钛合金的临床应用。
包括含铜或银钛合金在内的所有钛合金，其表面形貌严重影响到细胞在合金表面的粘附、铺展及增殖能力。其次，合金表面的电化学特性同样影响到合金表面的细胞黏附、铺展以及功能表达，例如合金表面电化学电势差的存在将会导致在合金表面产生微电流，当细胞受到微电流的刺激就会促进细胞分泌基质，促进细胞生物功能的表达。再次，部分金属离子也可以促进细胞生物功能的表达。例如有报道指出，Cu和Ag离子的溶出可以达到杀菌的效果，而Cu离子又可以促进成血管化和促进成骨。
因此，如何通过表面处理在含铜或银钛合金表面构建一种具有某种特征的表面形貌，以促进合金表面的细胞表达，使细胞的黏附、铺展及增殖能力大大增强。
发明内容
本专利针对含铜或银钛合金生物医用材料，设计一种具有促进细胞黏附、铺展和增殖能力的表面形貌及其制备方法。特征表面形貌从以下三个方面来实现对细胞的黏附、铺展及细胞功能表达的促进作用：
首先，在钛合金表面构建均匀分布的微米尺度的凹坑。相对于平面和凸面，凹坑具有更好的与水的亲和力，更有利于细胞聚集、贴壁和黏附。细胞的尺寸大约在10-20μm左右，因此，表面凹坑的尺寸不能小于细胞的尺寸。
具体地，微米尺度凹坑的最大直径不超过100μm。
进一步，表面微米尺度凹坑的最大直径不超过50μm。
光滑的表面，特别是疏水的光滑表面更不利于细胞的黏附与铺展，但也不是越粗糙越有利于细胞的黏附与铺展。考虑到细胞的尺寸大约在10-20μm左右，表面粗糙度不超过10μm。
进一步，表面的粗糙度不超过5μm。
其次，纳米尺度的微观结构也影响着细胞的黏附行为，特别是纳米尺寸的凸起，可以刺激黏附在合金表面的细胞的功能表达，但是过多的纳米凸起就会限制合金表面微米凹坑的数量，因此不仅要控制纳米尺度凸起的尺寸，而且要控制纳米尺度凸起的数量。
具体地，纳米尺度凸起的最大直径不超过200nm，高度不超过100nm，纳米凸起在合金表面占比不少于5％。
进一步，纳米尺度凸起的最大直径不超过100nm，高度不超过50nm，纳米凸起在合金表面占比不少于10％。
再次，材料表面的电化学特性也影响着细胞的黏附和铺展，甚至细胞的其他生物功能表达。如：在合金表面构建的具有电化学电势差的特征表面，会在细胞悬浮液等电解液条件下刺激合金表面细胞的黏附、铺展以及生物学功能的表达。在含铜或银钛合金中，Cu或Ag元素与Ti元素之间存在很大的电势差，Cu或Ag元素常以钛铜或钛银化合物的形式存在，包括但不限于Ti2Cu或TiAg，或者是铜或银与合金中的其他元素形成相应的化合物，统称为含铜或银的化合物。这些含铜或银的化合物与基体钛之间也存在着电化学电势差。当合金表面存在含铜或银化合物时，在细胞培养过程中会产生微电流，达到刺激细胞生长的目的，并且这种含铜化合物越细小，分布的数量越多，受刺激的细胞数量就越多，效果也就越显著。但是过多含铜或银化合物的形成需要大量的铜或银元素，而且可能影响合金的其他性能，例如力学性能和耐腐蚀性能。因此，需要适当地控制含铜或银化合物的数量和大小。
具体地，在含铜或银的钛合金表面均匀分布着纳米、亚微米或微米尺度的含铜或银化合物，其最大尺寸不超过10μm，所占表面积不超过样品表面积的30％。
由于上述电化学电势差的存在，钛合金表面会发生微电池腐蚀，将会释放一定浓度的Cu或Ag离子。而释放的铜或银离子，不仅具有良好的抗菌效果，而且可以促进材料表面细胞的功能表达，例如促进成血管能力，促进成骨等。但是过多Cu或Ag离子的释放又会导致细胞的死亡，带来生物安全性问题，因此Cu或Ag离子的释放浓度要分别控制在每24小时不超过50mg/L和100mg/L。
进一步，Cu或Ag离子的释放浓度要分别控制在每24小时不超过10mg/L和20mg/L。
通过上述特征表面形貌的设计，即：微米尺度的凹坑、纳米尺度凸起、表面均匀分布的纳米、亚微米或微米含铜或银化合物和Cu或Ag离子释放，促进合金表面细胞的黏附、铺展和细胞功能表达。
需要特别说明的是，上述表面特征的几种组合形成新的表面特征形貌也可能具有促进表面细胞黏附、铺展和增殖的效果。
为了制备具有上述特征的表面，可以采用以下工艺，但是上述表面特征的生物学特性不会由于制备工艺的不同而产生显著差异。任何可以获得上述特征表面的技术手段都可以实现上述生物学功能。制备工艺分为以下几步：
第一步，将含铜(例如不超过重量百分数15％)或含银(例如不超过重量百分数20％)钛合金进行高温均匀化处理，调整合金的硬度和使合金成分均匀。适当降低合金的硬度，便于加工，有利于获得更为均匀的表面形貌，所以为了在后续的机械处理中获得更均匀的表面形貌就需要调整合金的硬度。合金的硬度主要取决于材料加工过程中的微观增殖，例如细晶效果及合金中包括含铜或银化合物在内的第二相析出。同时，为了在后续的热处理中形成均匀分布的纳米含铜或银化合物，就需要将Cu或Ag元素在合金中的分布变得更加均匀。因此，将所述的含铜或银钛合金在真空或者惰性气体保护条件下进行高温均匀化处理是非常必要的。一方面，使得合金的晶粒略有长大，硬度降低，同时使合金的晶粒度和硬度也更加均匀；另一方面，可以使含铜或银化合物固溶于基体钛中，既降低含铜或银化合物的强化效果，也使得铜或银元素的分布更加均匀。高温均匀化的温度低，达到预期效果所需的时间就会长，甚至无法达到预期效果；温度高，会过度降低合金的力学性能和增加钛合金的氧化损失；因此，需要优化温度和时间之间的参数关系。
具体，均匀化热处理的温度不低于含铜或含银钛合金由α相向β相转变的温度，时间不超过24小时。
进一步，均匀化热处理温度不低于含铜或含银钛合金由α相向β相的转变温度以上50℃，时间不超过20小时
第二步，采用机械方法对热处理后的含铜或银钛合金进行表面处理，获得微米尺度的坑。机械方法包括但不限于喷砂、喷丸和激光。可以采用高压空气喷砂的办法，砂子可以是氧化硅、氧化铝、氧化钛、氮化物和碳化物陶瓷等。喷丸可以选择金属丸。通过控制砂子和丸的粒度、高压空气的压力和喷嘴到样品的距离，达到控制表面微米尺度坑的大小和深度的目的。激光表面处理也可以实现表面微米尺度坑的制备。
第三步，采用化学、电化学或激光方法在微米坑的表面形成纳米尺度凸起。化学法包括但不限于酸腐蚀、碱腐蚀和碱热处理等。使用的酸包括氢氟酸、硫酸、盐酸和硝酸及其混合物等，碱包括氢氧化纳、氢氧化钾和氢氧化钙等及其混合物。在酸腐蚀和碱腐蚀的情况下，适当提高处理的温度将有助于反应的进行，加速表面处理的速度。激光表面处理也可以在微米尺度坑的表面制造纳米尺度的凸起，例如飞秒激光。
第四步，采用低温热处理，在合金的表面形成纳米、亚微米或微米尺度的含铜或银化合物颗粒。经过上述处理后的含铜或银钛合金在适当的温度下进行热处理，使得均匀化处理中固溶于基体钛中的铜或银元素在合金表面形成含铜或银化合物。处理的温度越高，含铜或银化合物的形成和长大速度也越快；处理的时间越长，形成的数量越多，长大的越严重，因此需要合理地控制热处理的温度和时间，以控制表面含铜或银化合物的大小和数量。
具体地，热处理温度不超过含铜或含银钛合金由α相向β相转变的温度，处理时间不超过48小时。
进一步，热处理温度不超过含铜或含银钛合金由α相向β相转变温度以下50℃，处理时间不超过40小时。
更进一步，低温热处理的温度不超过含铜或含银钛合金由α相向β相转变温度以下150℃，处理时间不超过20小时。
本发明仅仅公布了获得上述表面特征的一种制备工艺，其他任何可以获得上述表面特征的处理工艺，仍然可以获得本专利所述的生物学功能。
本发明涉及的含铜或银钛合金，可以是含铜或银二元钛合金、含铜或银三元钛合金、含铜或银四元钛合金，也可以是其他含铜或银钛合金，对合金的具体成分没有特别要求，适合于所有含有Cu或Ag的钛合金，也适用于同时含有Cu和Ag的钛合金。
附图说明
图1经过表面处理后形成的微米级凹坑与纳米级凸起的微观形貌；a.凹坑；b.凸起。
图2微米级凹坑和纳米级凸起上分布的纳米析出相。a.凹坑；b.凸起。图3表面处理前后合金表面细胞的黏附与增殖。a)表面处理前细胞黏附与铺展情况，b)表面处理后细胞黏附与铺展情况。
具体实施方式
实施例
本实施实例以实验数据分别说明含铜或银的钛合金表面处理对其微观形貌、细胞黏附及增殖性能的影响。实施例所举合金成分并不影响本专利在其他含铜或含银钛合金中的应用。细胞实验选择常用的成骨细胞MC3T3和成纤维细胞L929为例，这不影响其他细胞在本专利的应用。
实验中，将含铜或银的钛合金加工成适合尺寸的样品，然后按照表1所示制备方法对样品进行处理。
处理后合金表面的形貌用扫描电镜观察。
处理后的样品，在0.9％NaCl溶液中浸泡24小时，然后采用ICP-MS检测溶液中的铜或银离子溶度，材料样品的表面积与溶液比例1.25cm2/mL。
样品经过灭菌消毒后，采用MC3T3细胞对样品表面的细胞黏附、铺展和增殖性能进行评价。其中细胞黏附和增殖性能采用24小时CCK8实验，以未处理样品作为对比样品，与未处理样品对比分析显著性，p<0.05时认为有显著差异。
合金表面的细胞铺展以荧光染色后细胞铺展面积占样品表面的百分数评价，实验中在样品表面随意选择10个视野，然后计算平均值和标准偏差，与未处理样品对比分析显著性，p<0.05时认为有显著差异。
从实例检测的数据可以看出，当含铜或银钛合金表面具有本专利所陈述的表面特征时，无论是合金表面黏附的细胞数量及细胞的增殖，还是细胞在样品表面的铺展，都较未处理样品显著提高。
表1含Cu或Ag钛合金制备方法、表面形貌特征和对细胞黏附铺展能力的影响
Figure GDA0003484581950000061
Figure GDA0003484581950000071
Figure GDA0003484581950000081
Figure GDA0003484581950000091

Claims (7)

1.一种提高细胞粘附与增殖的钛合金表面形貌，其特征在于，合金表面均匀分布着微米尺度的凹坑，在微米尺度凹坑的表面又均匀分布着纳米尺度的凸起，在所有的表面均匀分布着纳米、亚微米或微米尺度的含铜或银的化合物颗粒；
所述的微米尺度的凹坑最大直径不超过100μm，深度不超过10μm；所述的纳米尺度凸起的最大直径不超过200nm，高度不超过100nm，纳米凸起覆盖整个表面的比例不少于5％；
所述的合金表面均匀分布着纳米、亚微米或微米尺度的含铜或银化合物颗粒，其最大尺寸不超过10μm，所占表面积不超过整个表面积的30％；
所述合金表面的粗糙度不超过10μm，释放浓度不超过50mg/L铜或银离子。
2.权利要求1所述的表面形貌制备方法，其特征在于，包括步骤如下：
第一步，将含铜或银钛合金进行高温均匀化处理，调整合金的硬度和使合金成分均匀；
第二步，采用机械方法对热处理后的含铜或银钛合金进行表面处理，获得微米尺度的坑；
第三步，采用化学、电化学或激光方法在微米坑的表面形成纳米尺度的凸起；
第四步，采用低温热处理方式在所有的表面形成纳米、亚微米或微米尺度的含铜或银化合物颗粒。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述的高温均匀化处理温度不低于含铜或含银钛合金α相向β相转变温度，时间不超过24小时。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述的高温均匀化处理温度不低于含铜或含银钛合金α相向β相转变温度以上50℃，时间不超过20小时。
5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述的低温热处理温度不超过含铜或含银钛合金α相向β相转变温度，处理时间不超过48小时。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述的低温热处理温度不超过含铜或含银钛合金α相向β相转变温度以下50℃，处理时间不超过40小时。
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述的低温热处理温度不超过含铜或含银钛合金α相向β相转变温度以下150℃，处理时间不超过20小时。
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6720469B1 (en) * 1998-03-11 2004-04-13 The University Court Of The University Of Glasgow Cell adhesion
CN103143056A (zh) * 2013-03-02 2013-06-12 大连理工（营口）新材料工程中心有限公司 一种医用植入材料表面改性方法
CN103668390A (zh) * 2014-01-02 2014-03-26 四川大学 具有微米-纳米粗糙结构表面的钛或钛合金材料及制备方法
CN105063400A (zh) * 2015-09-16 2015-11-18 哈尔滨工业大学 一种纳米多孔钛的制备方法
CN111658236A (zh) * 2020-04-27 2020-09-15 陕西科技大学 一种用复合激光制备钛合金植入体表面微纳结构以增强表面细胞黏附的方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018187758A1 (en) * 2017-04-07 2018-10-11 The Board Of Trustees Of The University Of Illinois Directed plasma nanosynthesis (dpns) methods, uses and systems

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6720469B1 (en) * 1998-03-11 2004-04-13 The University Court Of The University Of Glasgow Cell adhesion
CN103143056A (zh) * 2013-03-02 2013-06-12 大连理工（营口）新材料工程中心有限公司 一种医用植入材料表面改性方法
CN103668390A (zh) * 2014-01-02 2014-03-26 四川大学 具有微米-纳米粗糙结构表面的钛或钛合金材料及制备方法
CN105063400A (zh) * 2015-09-16 2015-11-18 哈尔滨工业大学 一种纳米多孔钛的制备方法
CN111658236A (zh) * 2020-04-27 2020-09-15 陕西科技大学 一种用复合激光制备钛合金植入体表面微纳结构以增强表面细胞黏附的方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
医用钛基合金植入体表面微纳结构的研究进展;徐莹等;《济南大学学报(自然科学版)》(第06期);540-550 *

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