CN117512606A - 一种在医用钛表面制备梯度尺寸纳米线涂层的方法 - Google Patents
一种在医用钛表面制备梯度尺寸纳米线涂层的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN117512606A CN117512606A CN202311509161.9A CN202311509161A CN117512606A CN 117512606 A CN117512606 A CN 117512606A CN 202311509161 A CN202311509161 A CN 202311509161A CN 117512606 A CN117512606 A CN 117512606A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- gradient
- titanium
- size
- nanowire coating
- coating
- 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.)
- Pending
Links
- 239000010936 titanium Substances 0.000 title claims abstract description 146
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 141
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 141
- 239000002070 nanowire Substances 0.000 title claims abstract description 112
- 238000000576 coating method Methods 0.000 title claims abstract description 108
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 title claims abstract description 106
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 36
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims abstract description 117
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 32
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- 238000004506 ultrasonic cleaning Methods 0.000 claims description 12
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 229910021642 ultra pure water Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 239000012498 ultrapure water Substances 0.000 claims description 7
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N Fluorane Chemical compound F KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 claims description 4
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 claims description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 238000005530 etching Methods 0.000 abstract description 34
- 238000012216 screening Methods 0.000 abstract description 12
- 210000000988 bone and bone Anatomy 0.000 abstract description 8
- 239000003513 alkali Substances 0.000 abstract description 7
- 230000003915 cell function Effects 0.000 abstract description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 4
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 abstract description 4
- 239000002253 acid Substances 0.000 abstract description 3
- 230000010354 integration Effects 0.000 abstract description 3
- 238000012986 modification Methods 0.000 abstract description 3
- 230000004048 modification Effects 0.000 abstract description 3
- 239000003519 biomedical and dental material Substances 0.000 abstract description 2
- 238000005406 washing Methods 0.000 abstract description 2
- 210000002540 macrophage Anatomy 0.000 description 20
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 15
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 11
- 238000010883 osseointegration Methods 0.000 description 11
- 238000002791 soaking Methods 0.000 description 11
- 239000007943 implant Substances 0.000 description 10
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 10
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 8
- 230000006870 function Effects 0.000 description 8
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 8
- 230000008859 change Effects 0.000 description 6
- 238000010186 staining Methods 0.000 description 6
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 description 5
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 5
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 4
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 4
- 238000012258 culturing Methods 0.000 description 3
- 238000002513 implantation Methods 0.000 description 3
- 231100000065 noncytotoxic Toxicity 0.000 description 3
- 230000002020 noncytotoxic effect Effects 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 230000021164 cell adhesion Effects 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 201000008482 osteoarthritis Diseases 0.000 description 2
- GROMGGTZECPEKN-UHFFFAOYSA-N sodium metatitanate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-][Ti](=O)O[Ti](=O)O[Ti]([O-])=O GROMGGTZECPEKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 206010061218 Inflammation Diseases 0.000 description 1
- 206010066902 Surgical failure Diseases 0.000 description 1
- 238000010349 cathodic reaction Methods 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 201000010099 disease Diseases 0.000 description 1
- 208000037265 diseases, disorders, signs and symptoms Diseases 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 230000036571 hydration Effects 0.000 description 1
- 238000006703 hydration reaction Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 238000001727 in vivo Methods 0.000 description 1
- 230000004054 inflammatory process Effects 0.000 description 1
- 230000000399 orthopedic effect Effects 0.000 description 1
- 102000004169 proteins and genes Human genes 0.000 description 1
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 description 1
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 1
- 230000007480 spreading Effects 0.000 description 1
- 238000003892 spreading Methods 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 description 1
- 210000001519 tissue Anatomy 0.000 description 1
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61L—METHODS 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
- A61L27/00—Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
- A61L27/28—Materials for coating prostheses
- A61L27/30—Inorganic materials
- A61L27/306—Other specific inorganic materials not covered by A61L27/303 - A61L27/32
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61L—METHODS 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
- A61L27/00—Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
- A61L27/02—Inorganic materials
- A61L27/04—Metals or alloys
- A61L27/06—Titanium or titanium alloys
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61L—METHODS 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
- A61L27/00—Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
- A61L27/50—Materials characterised by their function or physical properties, e.g. injectable or lubricating compositions, shape-memory materials, surface modified materials
- A61L27/56—Porous materials, e.g. foams or sponges
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F1/00—Metallic powder; Treatment of metallic powder, e.g. to facilitate working or to improve properties
- B22F1/05—Metallic powder characterised by the size or surface area of the particles
- B22F1/054—Nanosized particles
- B22F1/0547—Nanofibres or nanotubes
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING 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
- C23C—COATING 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
- C23C26/00—Coating not provided for in groups C23C2/00 - C23C24/00
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING 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
- C23G—CLEANING OR DE-GREASING OF METALLIC MATERIAL BY CHEMICAL METHODS OTHER THAN ELECTROLYSIS
- C23G1/00—Cleaning or pickling metallic material with solutions or molten salts
- C23G1/02—Cleaning or pickling metallic material with solutions or molten salts with acid solutions
- C23G1/10—Other heavy metals
- C23G1/106—Other heavy metals refractory metals
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61L—METHODS 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
- A61L2400/00—Materials characterised by their function or physical properties
- A61L2400/12—Nanosized materials, e.g. nanofibres, nanoparticles, nanowires, nanotubes; Nanostructured surfaces
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61L—METHODS 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
- A61L2420/00—Materials or methods for coatings medical devices
- A61L2420/02—Methods for coating medical devices
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61L—METHODS 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
- A61L2430/00—Materials or treatment for tissue regeneration
- A61L2430/02—Materials or treatment for tissue regeneration for reconstruction of bones; weight-bearing implants
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Oral & Maxillofacial Surgery (AREA)
- Transplantation (AREA)
- Epidemiology (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- Dermatology (AREA)
- Public Health (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Dispersion Chemistry (AREA)
- Materials For Medical Uses (AREA)
Abstract
本发明属于生物医用材料表面改性技术领域，具体为一种在医用钛表面制备梯度尺寸纳米线涂层的方法，包括以下步骤：首先将钛片进行酸洗预处理以去除表面氧化层，然后均匀缓慢地滴加氢氧化钠溶液，通过梯度碱蚀的方法得到了具有连续尺寸纳米线涂层的制备，为基于骨整合相关细胞功能的纳米线涂层尺寸的精确筛选奠定了基础。此外，这种梯度筛选与传统的正交实验筛选材料相比，可实现材料结构的精准筛选，同时提高筛选效率，并且所需设备简单、成本低、可操作性强，具有较高的实用性。
Description
技术领域
本发明属于生物医用材料表面改性技术领域，具体为一种在医用钛表面制备梯度尺寸纳米线涂层的方法。
背景技术
近年来，在世界范围内，每年有超过100万例骨内植入体置换手术用于骨关节炎和其他骨组织受损患者的功能改善，并且随着人口老龄化加剧，骨科植入体的置换需求将居高不下。植入体植入后的松动问题导致了超过一半的植入手术失败，出现这种现象的原因是植入体与骨组织界面之间的骨整合不足。金属钛具有质轻、强度高、生物相容性好、耐腐蚀性强、密度与人骨近似等优点。20世纪50年代，美国和英国开始把纯钛作为植入体进行植入，此后纯钛被广泛作为人工关节、人工骨、矫形器和手术器械等在临床应用，重建了终末期骨关节炎等疾病患者的硬组织功能，极大提高了生活质量。但是纯钛作为一种生物惰性金属，其表面活性差，植入后不易与天然骨结合，容易引起炎症，最终导致植入失败等问题，给患者的身心带来了巨大的伤害。
钛植入体在经过一定的表面处理之后，可以改变其表面特性，促进细胞的黏附和蛋白质的吸附，促进骨整合。自20世纪90年代以来，将纯钛在氢氧化钠（NaOH）水溶液中浸泡进行碱蚀处理，可以在纯钛表面生长出垂直于表面的钛酸钠纳米线涂层，这种纳米线涂层能够改变纯钛表面的生物活性，调控骨整合相关细胞的功能，进而决定植入体在体内的骨整合能力。研究表明，纳米线的尺寸对骨整合相关细胞功能的影响较大，但具体哪种尺寸的纳米线最能促进骨整合相关细胞的功能仍然没有定论。
通过碱蚀处理在钛表面制备纳米线涂层的传统方法为将钛片完全浸泡在NaOH水溶液中，到固定的时间后取出，以在钛表面制备出单一尺寸的纳米线涂层。通过改变钛片在NaOH溶液中的浸泡时间等参数，可以制备出不同尺寸的纳米线涂层，以进行正交试验筛选骨整合能力较佳的涂层纳米线尺寸。但这种处理方法制备的纳米线涂层无法系统研究骨整合相关细胞的功能随纳米线尺寸连续变化的情况，即无法通过骨整合相关细胞的功能对纳米线的尺寸进行精确筛选。因此，在纯钛表面制备出尺寸连续变化的梯度纳米线涂层，并在其表面培养骨整合相关细胞，然后基于相关细胞的功能对纳米线的尺寸进行精确筛选，以确定出最有利于骨整合的纳米线尺寸，对于构建具有高骨整合能力的钛植入体涂层具有重要意义。
发明内容
本发明目的是提供一种在医用钛表面制备梯度尺寸纳米线涂层的方法，首先将钛片进行酸洗预处理以去除表面氧化层，然后均匀缓慢地滴加氢氧化钠溶液，通过梯度碱蚀的方法得到了具有连续尺寸纳米线涂层的制备，为基于骨整合相关细胞功能的纳米线涂层尺寸的精确筛选奠定了基础。
本发明是采用如下技术方案实现的：
一种在医用钛表面制备梯度尺寸纳米线涂层的方法，包括如下步骤：
（1）、钛片预处理：将钛片置于含有氢氟酸和硝酸的水溶液中进行预处理，以去除表面的氧化层；
（2）、将预处理的钛片垂直放置于容器中，将NaOH溶液滴入放置钛片的容器中，进行钛表面梯度纳米线涂层的制备。
进一步优选的，钛片进行预处理之前，将钛片依次浸入丙酮、酒精和超纯水中分别超声清洗10分钟，晾干后备用。
进一步优选的，步骤（1）中，HF、HNO3和水的体积比为1：1：2。HF的浓度为40%；HNO3的浓度为68%。
进一步优选的，步骤（2）中，NaOH溶液浓度为2.5M～15M。NaOH溶液滴加速率为0.5ml/h～1ml/h。NaOH溶液滴加时间为48h～96h。
本发明所述的在医用钛表面制备梯度尺寸纳米线涂层的方法，制备出的涂层的纳米线直径可以在10nm到57nm之间连续变化，成功实现了具有连续尺寸纳米线涂层的制备，为基于骨整合相关细胞功能的涂层纳米线尺寸的精确筛选奠定了基础。反应过程中，酸溶液中的F-会侵入Ti的表面氧化层，之后进一步破坏Ti基体。NaOH溶液的不断滴加，使得上部分的Ti逐渐被腐蚀，腐蚀过程中OH-不断攻击Ti和表面残留的TiO2，在此过程中发生了局部的阳极和阴极反应：阴极上，Ti(OH)3+与OH-反应水化生成H2，吸附在试样近表面。在阳极上，带负电荷和水合物的衬底能够与Na+结合，形成多孔钛酸钠层，随着时间的推移，这些过程逐渐加剧，底部腐蚀时间较久的Ti基体形成了更大的尺寸和深度的纳米线结构。
本发明设计合理，得到了具有连续尺寸纳米线涂层的制备，为基于骨整合相关细胞功能的纳米线涂层尺寸的精确筛选奠定了基础。而且，这种梯度筛选与传统的正交实验筛选材料相比，不仅能够实现材料结构的精准筛选，而且大大提高了筛选效率，并且所需设备简单、成本低、可操作性强，具有较高的实用性，具有很好的实际应用价值。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1表示本发明实施例1中在钛表面制备的梯度尺寸纳米线涂层的光学照片。
图2表示本发明实施例1中在钛表面制备的梯度尺寸纳米线涂层的扫描电子显微镜照片。
图3表示本发明实施例1中在钛表面梯度尺寸纳米线涂层上培养巨噬细胞的活死染色照片。
图4表示本发明实施例1中在钛表面梯度尺寸纳米线涂层上培养巨噬细胞的扫描电镜照片。
图5表示本发明实施例2中在钛表面制备的梯度尺寸纳米线涂层的光学照片。
图6表示本发明实施例2中在钛表面制备的梯度尺寸纳米线涂层的扫描电子显微镜照片。
图7表示本发明实施例3中在钛表面制备的梯度尺寸纳米线涂层的光学照片。
图8表示本发明实施例3中在钛表面制备的梯度尺寸纳米线涂层的扫描电子显微镜照片。
图9表示本发明实施例4中在钛表面制备的梯度尺寸纳米线涂层的光学照片。
图10表示本发明实施例4中在钛表面制备的梯度尺寸纳米线涂层的扫描电子显微镜照片。
图11表示本发明实施例4中在钛表面梯度尺寸纳米线涂层上培养巨噬细胞的活死染色照片。
图12表示本发明实施例4中在钛表面梯度尺寸纳米线涂层上培养巨噬细胞的扫描电镜照片。
图13表示本发明实施例5中在钛表面制备的梯度尺寸纳米线涂层的光学照片。
图14表示本发明实施例5中在钛表面制备的梯度尺寸纳米线涂层的扫描电子显微镜照片。
图15表示本发明实施例5中在钛表面梯度尺寸纳米线涂层上培养巨噬细胞的活死染色照片。
图16表示本发明实施例5中在钛表面梯度尺寸纳米线涂层上培养巨噬细胞的扫描电镜照片。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面将对本发明的方案进行进一步描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但本发明还可以采用其他不同于在此描述的方式来实施；显然，说明书中的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。
下面结合附图对本发明的具体实施例进行详细说明。
实施例1
一种在医用钛表面制备梯度尺寸纳米线涂层的方法：对长和宽分别为32毫米和10毫米的钛片进行试验，将钛片垂直放入烧杯中，通过自动加液装置向烧杯中匀速缓慢注入NaOH溶液，在钛片表面制备梯度尺寸纳米线涂层。
具体操作步骤如下：
（1）钛片表面预处理：
将长和宽分别为32毫米和10毫米的钛片依次浸入丙酮、酒精和超纯水中超声清洗10分钟，然后将其放入体积比为1:1:2的HF（浓度为40%）、HNO3（浓度为68%）和H2O混合溶液中浸泡10秒，以去除钛片表面的氧化膜，得到预处理的钛片。
（2）钛片表面碱蚀处理：
将上述预处理的钛片超声清洗后晾干并垂直放入容积为100ml的烧杯中，采用自动加液装置将2.5M的NaOH溶液于室温下以0.5ml/h的速度注入到烧杯中，注入时间为96h，使钛片自下而上在NaOH溶液中浸泡的时间逐渐减少，以在钛片表面制备出具有梯度尺寸的纳米线涂层。
图1所示为本发明实施例1中通过以上方法在钛片表面制备的梯度尺寸纳米线涂层的光学照片。可以看出，样品表面涂层的颜色逐渐变化，表明涂层的尺寸逐渐发生变化。选取图1所示的样品上的10个经历不同碱蚀时间的位置，用扫描电子显微镜观察不同位置涂层的表面形貌，观察结果如图2所示。可以看出，经过NaOH碱蚀处理的钛片表面有纳米线结构，并且随着碱蚀时间的延长，纳米线的直径逐渐增大，由碱蚀0.5h的10nm增加到碱蚀96h的40nm左右。上述结果表明，通过本实施例1，在钛片表面成功制备出了梯度尺寸的纳米线涂层。图3为在梯度样品表面培养巨噬细胞后的活死染色照片，可以看到在样品表面均无明显的死亡细胞（红色）出现，说明梯度尺寸纳米线涂层无细胞毒性，巨噬细胞可以在样品表面正常生长。图4为巨噬细胞在梯度纳米线图层上的扫描电镜照片，细胞可以在涂层表面很好的黏附和铺展，但小尺寸纳米线涂层相较于大尺寸涂层黏附效果更好，说明纳米线尺寸对巨噬细胞黏附具有显著影响。
实施例2
一种在医用钛表面制备梯度尺寸纳米线涂层的方法：对长和宽分别为32毫米和10毫米的钛片进行试验，将钛片垂直放入烧杯中，通过自动加液装置向烧杯中匀速缓慢注入NaOH溶液，在钛片表面制备梯度尺寸纳米线涂层。
具体操作步骤如下：
（1）钛片表面预处理：
将长和宽分别为32毫米和10毫米的钛片依次浸入丙酮、酒精和超纯水中超声清洗10分钟，然后将其放入体积比为1:1:2的HF（浓度为40%）、HNO3（浓度为68%）和H2O混合溶液中浸泡10秒，以去除钛片表面的氧化膜，得到预处理的钛片。
（2）钛片表面碱蚀处理：
将上述预处理的钛片超声清洗后晾干并垂直放入容积为100ml的烧杯中，采用自动加液装置将5M的NaOH溶液于室温下以0.5ml/h的速度注入到烧杯中，注入时间为96h，使钛片自下而上在NaOH溶液中浸泡的时间逐渐减少，以在钛片表面制备出具有梯度尺寸的纳米线涂层。
图5所示为本发明实施例2中通过以上方法在钛片表面制备的梯度尺寸纳米线涂层的光学照片。可以看出，样品表面涂层的颜色逐渐变化，表明涂层的尺寸逐渐发生变化。选取图5所示的样品上的10个经历不同碱蚀时间的位置，用扫描电子显微镜观察不同位置涂层的表面形貌，观察结果如图6所示。可以看出，经过NaOH碱蚀处理的钛片表面有纳米线结构，并且随着碱蚀时间的延长，纳米线的直径逐渐增大，由碱蚀0.5h的10nm增加到碱蚀96h的49nm左右。上述结果表明，通过本实施例，在钛片表面成功制备出了梯度尺寸的纳米线涂层。
实施例3
一种在医用钛表面制备梯度尺寸纳米线涂层的方法：对长和宽分别为32毫米和10毫米的钛片进行试验，将钛片垂直放入烧杯中，通过自动加液装置向烧杯中匀速缓慢注入NaOH溶液，在钛片表面制备梯度尺寸纳米线涂层。
具体操作步骤如下：
（1）钛片表面预处理：
将长和宽分别为32毫米和10毫米的钛片依次浸入丙酮、酒精和超纯水中超声清洗10分钟，然后将其放入体积比为1:1:2的HF（浓度为40%）、HNO3（浓度为68%）和H2O混合溶液中浸泡10秒，以去除钛片表面的氧化膜，得到预处理的钛片。
（2）钛片表面碱蚀处理：
将上述预处理的钛片超声清洗后晾干并垂直放入容积为100ml的烧杯中，采用自动加液装置将10M的NaOH溶液于室温下以0.5ml/h的速度注入到烧杯中，注入时间为96h，使钛片自下而上在NaOH溶液中浸泡的时间逐渐减少，以在钛片表面制备出具有梯度尺寸的纳米线涂层。
图7所示为本发明实施例3中通过以上方法在钛片表面制备的梯度尺寸纳米线涂层的光学照片。可以看出，样品表面涂层的颜色逐渐变化，表明涂层的尺寸逐渐发生变化。选取图7所示的样品上的10个经历不同碱蚀时间的位置，用扫描电子显微镜观察不同位置涂层的表面形貌，观察结果如图8所示。可以看出，经过NaOH碱蚀处理的钛片表面有纳米线结构，并且随着碱蚀时间的延长，纳米线的直径逐渐增大，由碱蚀0.5h的10nm增加到碱蚀96h的52nm左右。上述结果表明，通过本实施例，在钛片表面成功制备出了梯度尺寸的纳米线涂层。
实施例4
一种在医用钛表面制备梯度尺寸纳米线涂层的方法：对长和宽分别为32毫米和10毫米的钛片进行试验，将钛片垂直放入烧杯中，通过自动加液装置向烧杯中匀速缓慢注入NaOH溶液，在钛片表面制备梯度尺寸纳米线涂层。
具体操作步骤如下：
（1）钛片表面预处理：
将长和宽分别为32毫米和10毫米的钛片依次浸入丙酮、酒精和超纯水中超声清洗10分钟，然后将其放入体积比为1:1:2的HF（浓度为40%）、HNO3（浓度为68%）和H2O混合溶液中浸泡10秒，以去除钛片表面的氧化膜，得到预处理的钛片。
（2）钛片表面碱蚀处理：
将上述预处理的钛片超声清洗后晾干并垂直放入容积为100ml的烧杯中，采用自动加液装置将15M的NaOH溶液于室温下以0.5ml/h的速度注入到烧杯中，注入时间为96h，使钛片自下而上在NaOH溶液中浸泡的时间逐渐减少，以在钛片表面制备出具有梯度尺寸的纳米线涂层。
图9所示为本发明实施例4中通过以上方法在钛片表面制备的梯度尺寸纳米线涂层的光学照片。可以看出，样品表面涂层的颜色逐渐变化，表明涂层的尺寸逐渐发生变化。选取图9所示的样品上的10个经历不同碱蚀时间的位置，用扫描电子显微镜观察不同位置涂层的表面形貌，观察结果如图10所示。可以看出，经过NaOH碱蚀处理的钛片表面有纳米线结构，并且随着碱蚀时间的延长，纳米线的直径逐渐增大，由碱蚀0.5h的10nm增加到碱蚀96h的57nm左右。上述结果表明，通过本实施例4，在钛片表面成功制备出了梯度尺寸的纳米线涂层。图11为在梯度样品表面培养巨噬细胞后的活死染色照片，可以看到在样品表面均无明显的死亡细胞（红色）出现，说明梯度尺寸的纳米线涂层无细胞毒性，巨噬细胞可以在样品表面正常生长。图12为巨噬细胞在梯度纳米线图层上的扫描电镜照片，细胞可以在涂层表面很好的黏附和铺展，但小尺寸纳米线涂层相较于大尺寸涂层黏附效果更好，说明纳米线尺寸对巨噬细胞黏附具有显著影响。
实施例5
一种在医用钛表面制备梯度尺寸纳米线涂层的方法：对长和宽分别为32毫米和10毫米的钛片进行试验，将钛片垂直放入烧杯中，通过自动加液装置向烧杯中匀速缓慢注入NaOH溶液，在钛片表面制备梯度尺寸纳米线涂层。
具体操作步骤如下：
（1）钛片表面预处理：
将长和宽分别为32毫米和10毫米的钛片依次浸入丙酮、酒精和超纯水中超声清洗10分钟，然后将其放入体积比为1:1:2的HF（浓度为40%）、HNO3（浓度为68%）和H2O混合溶液中浸泡10秒，以去除钛片表面的氧化膜，得到预处理的钛片。
（2）钛片表面碱蚀处理：
将上述预处理的钛片超声清洗后晾干并垂直放入容积为100ml的烧杯中，采用自动加液装置将2.5M的NaOH溶液于室温下以1ml/h的速度注入到烧杯中，注入时间为48h，使钛片自下而上在NaOH溶液中浸泡的时间逐渐减少，以在钛片表面制备出具有梯度尺寸的纳米线涂层。
图13所示为本发明实施例5中通过以上方法在钛片表面制备的梯度尺寸纳米线涂层的光学照片。可以看出，样品表面涂层的颜色逐渐变化，表明涂层的尺寸逐渐发生变化。选取图13所示的样品上的10个经历不同碱蚀时间的位置，用扫描电子显微镜观察不同位置涂层的表面形貌，观察结果如图14所示。可以看出，经过NaOH碱蚀处理的钛片表面有纳米线结构，并且随着碱蚀时间的延长，纳米线的直径逐渐增大，由碱蚀0.5h的10nm增加到碱蚀48h的31nm左右。上述结果表明，通过本实施例5，在钛片表面成功制备出了梯度尺寸的纳米线涂层。图15为在梯度样品表面培养巨噬细胞后的活死染色照片，可以看到在样品表面均无明显的死亡细胞（红色）出现，说明梯度尺寸的纳米线涂层无细胞毒性，巨噬细胞可以在样品表面正常生长。图16为巨噬细胞在梯度纳米线图层上的扫描电镜照片，细胞可以在涂层表面很好的黏附和铺展，但小尺寸纳米线涂层相较于大尺寸涂层黏附效果更好，说明纳米线尺寸对巨噬细胞黏附具有显著影响。
具体实施时，自动加液装置为现有产品，可以从上海兰德医疗器械有限公司购买，型号为LD-P2020Ⅱ。
综上所述，五组实施例都能够制备出具有梯度尺寸的纳米线结构。实施例1中纳米线尺寸以缓慢的速度增大，表面培养的巨噬细胞能够很好的黏附和铺展。而当NaOH溶液浓度增大为5M时，纳米线尺寸由0.5h到6h出现突变；NaOH溶液浓度继续增大至10M、15M时，较大尺寸的纳米线结构已经出现坍塌，在涂层表面培养的巨噬细胞呈球状，无法正常黏附在样品表面。与实施例1相比，较短腐蚀时间的实施例5中制备的纳米线涂层尺寸变化较小，细胞黏附效果无明显变化。综上所述，实施例1条件下制备出的纳米线涂层尺寸变化明显，无结构坍塌现象出现，且适宜细胞的黏附和铺展，有望作为后续实验样品继续评价细胞功能。
以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。尽管参照前述各实施例进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离各实施例技术方案的范围，其均应涵盖权利要求书的保护范围中。
Claims (8)
1.一种在医用钛表面制备梯度尺寸纳米线涂层的方法，其特征在于：包括如下步骤：
（1）、钛片预处理：将钛片置于含有氢氟酸和硝酸的水溶液中进行预处理，以去除表面的氧化层；
（2）、将预处理的钛片垂直放置于容器中，将NaOH溶液滴入放置钛片的容器中，进行钛表面梯度纳米线涂层的制备。
2.根据权利要求1所述的一种在医用钛表面制备梯度尺寸纳米线涂层的方法，其特征在于：钛片进行预处理之前，将钛片依次浸入丙酮、酒精和超纯水中分别超声清洗10分钟，晾干后备用。
3.根据权利要求1所述的一种在医用钛表面制备梯度尺寸纳米线涂层的方法，其特征在于：步骤（1）中，HF、HNO3和水的体积比为1：1：2。
4.根据权利要求3所述的一种在医用钛表面制备梯度尺寸纳米线涂层的方法，其特征在于：HF的浓度为40%；HNO3的浓度为68%。
5.根据权利要求1所述的一种在医用钛表面制备梯度尺寸纳米线涂层的方法，其特征在于：步骤（2）中，NaOH溶液浓度为2.5M～15M。
6.根据权利要求1所述的一种在医用钛表面制备梯度尺寸纳米线涂层的方法，其特征在于：步骤（2）中，NaOH溶液滴加速率为0.5ml/h～1ml/h。
7.根据权利要求6所述的一种在医用钛表面制备梯度尺寸纳米线涂层的方法，其特征在于：步骤（2）中，NaOH溶液滴加时间为48h～96h。
8.根据权利要求7所述的一种在医用钛表面制备梯度尺寸纳米线涂层的方法，其特征在于：步骤（2）中，NaOH溶液浓度为2.5M，NaOH溶液滴加速率为0.5ml/h，滴加时间为96h。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311509161.9A CN117512606A (zh) | 2023-11-14 | 2023-11-14 | 一种在医用钛表面制备梯度尺寸纳米线涂层的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311509161.9A CN117512606A (zh) | 2023-11-14 | 2023-11-14 | 一种在医用钛表面制备梯度尺寸纳米线涂层的方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN117512606A true CN117512606A (zh) | 2024-02-06 |
Family
ID=89750849
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202311509161.9A Pending CN117512606A (zh) | 2023-11-14 | 2023-11-14 | 一种在医用钛表面制备梯度尺寸纳米线涂层的方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN117512606A (zh) |
-
2023
- 2023-11-14 CN CN202311509161.9A patent/CN117512606A/zh active Pending
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN100396255C (zh) | 一种植入物和一种植入物表面的处理方法 | |
| KR101499084B1 (ko) | 금속 산화물 스캐폴드 | |
| TWI539977B (zh) | Contains non-woven material for bone filling | |
| 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 | |
| CN113527749B (zh) | 一种在聚醚醚酮表面制备多尺度多孔结构的方法 | |
| CN106702238A (zh) | 一种表面改性镁合金材料及其制备方法和应用 | |
| CN102732882B (zh) | 具有微纳米分级拓扑表面结构的人工关节及其制备方法 | |
| CN112587729B (zh) | 一种骨修复材料 | |
| TW201124117A (en) | Bio-implant having screw body selectively formed with nanoporous in spiral groove and method of making the same | |
| CN103480042A (zh) | 一种人工硬脊膜及其制备方法和使用方法 | |
| CN108042846B (zh) | 一种锶掺杂钽氧化物纳米棒结构生物活性涂层的制备方法 | |
| CN108505097A (zh) | 一种3d打印钛/二氧化钛纳米管/羟基磷灰石复合医用材料的制备方法 | |
| CN104922727B (zh) | 一种生物活性多孔钛医用植入材料及其制备方法 | |
| CN113174592B (zh) | 一种改善医用锌/锌合金表面生物相容性涂层的制备与应用 | |
| CN109568655B (zh) | 单/多元素掺杂钛酸钠纳米棒阵列涂层的制备工艺 | |
| CN110528048A (zh) | 一种钛合金植入物生物表面活性涂层及其制备方法 | |
| CN105497990B (zh) | 一种三维多孔钛基镁掺杂涂层及其制备方法 | |
| TW201315451A (zh) | 金屬植入物表面處理方法及其金屬植入物 | |
| CN111359009B (zh) | 具有生物活性功能多孔钽植入物及加工工艺 | |
| KR20150058233A (ko) | 단단한 스캐폴드 | |
| CN105030353A (zh) | 一种多级纳米形貌结构牙科种植体的制备方法 | |
| CN105624762A (zh) | 一种在钛或钛合金表面制备生物活性复合涂层的方法 | |
| CN117512606A (zh) | 一种在医用钛表面制备梯度尺寸纳米线涂层的方法 | |
| CN100341587C (zh) | 用作人工骨骼的钛或钛合金生物医学材料及其制备方法 |
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 |