CN213941626U - 一种生物惰性材料以及组织支架 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种生物惰性材料以及组织支架，所述生物惰性材料包括钛层以及位于钛层表面的含硅的二氧化钛层；生物惰性材料包括钛层以及位于钛层表面的含硅的二氧化钛层，通过将含硅功能基团引入二氧化钛层，其中二氧化钛层中硅的含量为4‑5%，硅的掺入并未改变二氧化钛层的表面形貌，且改善了生物惰性材料的亲水性能、表面性能以及生物活性；通过将该生物惰性材料用作组织支架植入人体后，能够与宿主骨组织产权生物学的化学键合，具有较好的生物活性和生物相容性。
Description
技术领域
本实用新型属于材料领域，涉及一种生物惰性材料以及组织支架。
背景技术
生物惰性材料是指一类在生物环境中能够保持稳定，不发生或仅发生微弱化学反应的生物医学材料，主要是惰性生物陶瓷类和医用金属及合金类材料。由于在实际中不存在完全惰性的材料，因此生物惰性材料在肌体内也只是基本上不发生化学反应，它与组织间的结合主要是组织长人其粗糙不平的表面形成一种机械嵌联，即形态结合。
氧化物陶瓷(A1203、zQ)、Si3N4陶瓷、玻璃陶瓷、医用碳素材料、医用金属材料等。该类材料由于具有生物惰性，植人体内后无论是形体或结构一般不会发生改变，力学性能稳定，因此该类材料是人体承重材料中应用最广泛的材料。
医用钛金属及其表面自然形成的 TiO2氧化层是一种生物惰性材料，植入人体内后不能与宿主骨组织产生生物学的化学键合，TiO2缺乏生物活性的缺点限制了 TiO2涂层的临床应用。现有技术中运用碱处理的化学方法以提高 TiO2涂层的生物活性；或应用紫外辐照的技术对TiO2涂层进行处理，增加其表面的 Ti-OH 含量，以期能够获得具备良好生物活性的涂层；此外，运用电子束蒸发，在 TiO2涂层表面沉积一层纳米级磷酸钙涂层也可以提高涂层生物活性。但是，这些后处理方法既增加了制作步骤又加大了制备成本，还可能因界面增多引发影响涂层材料与基体的结合强度等新的问题。
因此，提供一种具有较好的亲水性能和表面能的生物惰性材料非常有必要。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种生物惰性材料以及组织支架，生物惰性材料包括钛层以及位于钛层表面的含硅的二氧化钛层，将含硅的二氧化钛层是通过过滤阴极弧等离子体沉积技术沉积在钛层表面，将含硅功能基团引入二氧化钛层，该二氧化钛层中硅的含量为4-5%，硅的掺入并未改变二氧化钛层的表面形貌，且改善了生物惰性材料的亲水性能和表面性能；通过将该生物惰性材料用作组织支架植入人体后，能够与宿主骨组织产权生物学的化学键合，具有较好的生物活性和生物相容性。
为达到此实用新型目的，本实用新型采用以下技术方案：
本实用新型的目的之一在于提供一种生物惰性材料，所述生物惰性材料包括钛层以及位于钛层表面的含硅的二氧化钛层。
在一个具体的实施方式中，含硅的二氧化钛层设置在钛层一侧的表面，可以整体设置，也可以部分设置，本领域技术人员可根据实际需要进行调整。
在一个具体的实施方式中，通过将含硅功能基团引入二氧化钛层，其中二氧化钛层中硅的含量为4-5%，硅的掺入并未改变二氧化钛层的表面形貌，且改善了生物惰性材料的亲水性能、表面性能以及生物活性。
在一个具体的实施方式中，生物惰性材料包括钛层和含硅的二氧化钛层，使得生物惰性材料具有较好的生物活性以及生物相容性。
在一个具体的实施方式中，生物惰性材料由于其具有较好的亲水性、表面能、生物活性以及生物相容性，使其能够作为组织支架植入人体中。
在一个具体的实施方式中，Si元素在骨和软骨的发育中起重要的作用，含有 Si元素的生物陶瓷如生物玻璃、硅酸钙、硅灰石等，具有优良的生物活性和生物相容性。
在一个具体的实施方式中，将含Si材料浸泡在模拟体液中，通过离子互换，材料表面能够聚集模拟体液中的Ca、P离子，在含Si材料表面形成Si-OH功能基团，诱导碳灰石成核，逐渐在含Si材料表面形成一层碳灰石层。成骨细胞能够快速在碳灰石表面粘附、增殖和分化，生成的主要成分为细胞外基质的胶原纤维和生物碳灰石，而Si元素是形成碳灰石的主要诱导成分之一，即含Si成分的生物材料能够通过缩短细胞分裂周期而促进成骨细胞MG63增殖、分化，从而说明硅元素能够促进成骨活性。
在在一个具体的实施方式中，所述钛层为医用钛片。
在在一个具体的实施方式中，所述钛片的形状为长方体。
在在一个具体的实施方式中，所述长方体的长度为500-1000 mm，宽度为50-300mm，厚度为0.02-1 mm。
在在一个具体的实施方式中，所述含硅的二氧化钛层的1-100 nm。
在在一个具体的实施方式中，所述含硅的二氧化钛层的厚度为50-90 nm。
在在一个具体的实施方式中，所述含硅的二氧化钛层是以过滤阴极弧等离子沉积的方式设置在钛金属层的表面。
在一个具体实施方式中，二氧化钛层中硅的含量为4-6%，优选4.6%。
在一个具体实施方式中，含硅二氧化钛层的尺寸与钛层的尺寸相同，本领域技术人员可根据实际需要进行调整。
本实用新型的目的之二在于提供一种组织支架，所述组织支架包括目的之一所述的生物惰性材料。
在一个具体的实施方式中，通过将该生物惰性材料用作组织支架植入人体后，能够与宿主骨组织产权生物学的化学键合，具有较好的生物活性和生物相容性。
相对于现有技术，本实用新型具有以下有益效果：
本实用新型的生物惰性材料包括钛层以及位于钛层表面的含硅的二氧化钛层，通过将含硅功能基团引入二氧化钛层，其中二氧化钛层中硅的含量为4-5%，硅的掺入并未改变二氧化钛层的表面形貌，且改善了生物惰性材料的亲水性能、表面性能以及生物活性。
附图说明
图1是实施例1中生物惰性材料的示意图；
其中，1为钛片，2为含硅的二氧化钛层。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本实用新型的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本实用新型，不应视为对本实用新型的具体限制。
实施例1
本实施例提供一种生活惰性材料，如图1所示，包括钛层1以及位于钛层表面的含硅的二氧化钛层2，其中钛层为医用钛片，形状为长方体，长度为700 mm，宽度为100 mm，厚度为0.5 mm；含硅的二氧化钛层的厚度为70 nm；含硅的二氧化钛层是以过滤阴极弧等离子沉积的方式设置在钛金属层的表面。
对比例1
与实施例1的区别仅在于，将含硅的二氧化钛层替换为同等厚度的二氧化钛层。
通过对实施例1和对比例1得到的生物惰性材料采用扫描电镜进行测试，可知硅元素的加入并没有改变二氧化钛层的形貌。
将实施例1和对比例1得到的生物惰性材料进行水接触角测试，可知含硅二氧化钛层的水接触角分别为11.16±0.88℃和34.90±1.38℃，通过对比可知：通过在二氧化钛层中掺入硅元素能够增加二氧化钛层的亲水性。
测试实施例1得到的生物惰性材料对成骨细胞MC3T3-E1细胞粘附活性的影响。方法：以实施例1中含硅二氧化钛纳米管层作为实验组，对比例2中二氧化钛纳米管层及光滑钛片作为对照组，在三组涂层表面分别种植MC3T3-E1细胞。采用MTS法分别在1d、3d和5d检测粘附于涂层表面的细胞数目；培养12小时，进行细胞肌动蛋白张力纤维、细胞核两重荧光染色，观察两组涂层表面细胞局部粘着斑及细胞骨架的分布形态。扫描电镜于1d、3d和5d观察成骨细胞在两组材料表面的铺展情况；结果：MC3T3-E1细胞在三组涂层表面培养，在培养的第1天和3天，MTS检测结果显示粘附于含硅二氧化钛层表面及二氧化钛层表面的细胞数量比光滑钛（Ti）表面的细胞数量显著增多。在第5天培养时，含硅二氧化钛层表面的细胞增殖显著高于二氧化钛层表面的细胞增殖(p<0.05)；在共同培养12h时，二氧化钛层和含硅二氧化钛层表面表现出更好的细胞铺展情况。电镜观察涂层表面细胞形态培养1天时，MC3T3-E1细胞在含硅二氧化钛层表面伪足生长较二氧化钛层表面好。培养3天可见含硅二氧化钛层组丝状伪足活性增加，并可见细胞合并。培养5天可见细胞覆盖钛片表面含硅二氧化钛层组有更多的丝状伪足连接。结论：在含硅二氧化钛层组表面培养的MC3T3-E1细胞数量和二氧化钛层表面组在前三天没有明显区别，但两组均明显多于光滑钛片组。第5天开始含硅二氧化钛层组细胞数量较二氧化钛层组增多。含硅二氧化钛层组细胞分化较二氧化钛层组细胞明显增强，说明含硅二氧化钛层可以有效促进成骨细胞MC3T3-E1细胞的粘附及分化。
实施例2
本实施例提供一种生活惰性材料，包括钛层以及位于钛层表面的含硅的二氧化钛层，其中钛层为医用钛片，形状为长方体，长度为500 mm，宽度为50 mm，厚度为0.02 mm；含硅的二氧化钛层的厚度为50 nm；含硅的二氧化钛层是以过滤阴极弧等离子沉积的方式设置在钛金属层的表面。
对比例2
与实施例2的区别仅在于，将实施例2中的含硅二氧化钛层替换为同等厚度的二氧化钛层。
通过对实施例2和对比例2得到的生物惰性材料采用扫描电镜进行测试，可知硅元素的加入并没有改变二氧化钛层的形貌。
将实施例2和对比例2得到的生物惰性材料进行水接触角测试，可知含硅二氧化钛层的水接触角分别为19.33±0.92℃和36.80±1.53℃，通过对比可知：通过在二氧化钛层中掺入硅元素能够增加二氧化钛层的亲水性。
实施例3
本实施例提供一种生活惰性材料，包括钛层以及位于钛层表面的含硅的二氧化钛层，其中钛层为医用钛片，形状为长方体，长度为1000 mm，宽度为300 mm，厚度为1 mm；含硅的二氧化钛层的厚度为90 nm；含硅的二氧化钛层是以过滤阴极弧等离子沉积的方式设置在钛金属层的表面。
对比例3
与实施例3的区别仅在于，将实施例3中的含硅二氧化钛层替换为同等厚度的二氧化钛层。
通过对实施例3和对比例3得到的生物惰性材料采用扫描电镜进行测试，可知硅元素的加入并没有改变二氧化钛层的形貌。
将实施例3和对比例3得到的生物惰性材料进行水接触角测试，可知含硅二氧化钛层的水接触角分别为9.77±0.64℃和30.85±1.27℃，通过对比可知：通过在二氧化钛层中掺入硅元素能够增加二氧化钛层的亲水性。
实施例4
本实施例提供一种生活惰性材料，包括钛层以及位于钛层表面的含硅的二氧化钛层，其中钛层为医用钛片，形状为长方体，长度为900 mm，宽度为100 mm，厚度为0.5 mm；含硅的二氧化钛层的厚度为80 nm；含硅的二氧化钛层是以过滤阴极弧等离子沉积的方式设置在钛金属层的表面。
将本实施例得到的生物惰性材料进行与实施例1相同的测试，可知：硅元素的加入不会改变二氧化钛层的形貌，且能够增加二氧化钛层的亲水性。
实施例5
本实施例提供一种生活惰性材料，包括钛层以及位于钛层表面的含硅的二氧化钛层，其中钛层为医用钛片，形状为长方体，长度为600 mm，宽度为250 mm，厚度为0.8 mm；含硅的二氧化钛层的厚度为60 nm；含硅的二氧化钛层是以过滤阴极弧等离子沉积的方式设置在钛金属层的表面。
将本实施例得到的生物惰性材料进行与实施例1相同的测试，可知：硅元素的加入不会改变二氧化钛层的形貌，且能够增加二氧化钛层的亲水性。
申请人声明，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本实用新型的保护范围和公开范围之内。
Claims (7)
1.一种生物惰性材料，其特征在于，所述生物惰性材料包括钛层以及位于钛层表面的含硅的二氧化钛层；所述含硅的二氧化钛层是以过滤阴极弧等离子沉积的方式设置在钛金属层的表面。
2.根据权利要求1所述的生物惰性材料，其特征在于，所述钛层为医用钛片。
3.根据权利要求2所述的生物惰性材料，其特征在于，所述钛片的形状为长方体。
4.根据权利要求3所述的生物惰性材料，其特征在于，所述长方体的长度为500-1000mm，宽度为50-300mm，厚度为0.02-1mm。
5.根据权利要求1所述的生物惰性材料，其特征在于，所述含硅的二氧化钛层的厚度为1-100nm。
6.根据权利要求1所述的生物惰性材料，其特征在于，所述含硅的二氧化钛层的厚度为50-90nm。
7.一种组织支架，其特征在于，所述组织支架包括权利要求1-6任一项所述的生物惰性材料。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| CN202022044702.3U CN213941626U (zh) | 2020-09-17 | 2020-09-17 | 一种生物惰性材料以及组织支架 |
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Publications (1)
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|---|---|
| CN213941626U true CN213941626U (zh) | 2021-08-13 |
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| CN202022044702.3U Active CN213941626U (zh) | 2020-09-17 | 2020-09-17 | 一种生物惰性材料以及组织支架 |
Country Status (1)
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|---|---|
| CN (1) | CN213941626U (zh) |
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2020
- 2020-09-17 CN CN202022044702.3U patent/CN213941626U/zh active Active
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