專(zhuān)利名稱(chēng)：在醫(yī)用金屬表面制備生物活性球狀二氧化鈦納米點(diǎn)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種生物醫(yī)用材料及其制備方法，特別是在醫(yī)用金屬表面制備生物活 性球狀二氧化鈦納米點(diǎn)的方法。
背景技術(shù)：
醫(yī)用金屬植入體在臨床中常用于修復(fù)硬組織缺損，如作為人工關(guān)節(jié)或牙種植體植 入體內(nèi)。但是金屬植入體與骨之間的結(jié)合通常是一種機(jī)械咬合，無(wú)法與生物體形成良好的 鍵合。通過(guò)對(duì)其表面進(jìn)行改性，可有效提高生物植入體的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。目前，在鈦基底表面 沉積生物活性陶瓷涂層以獲得高的生物響應(yīng)已得到廣泛研究，如中國(guó)專(zhuān)利CN1699616中的 羥基磷灰石涂層。但是，羥基磷灰石涂層與鈦基體的長(zhǎng)期結(jié)合仍存在較多問(wèn)題，甚至涂層脫 落對(duì)骨愈合產(chǎn)生不利影響。近些年來(lái)，研究發(fā)現(xiàn)二氧化鈦涂層在體內(nèi)能夠有效地誘導(dǎo)生成 類(lèi)骨質(zhì)磷灰石層，顯示出良好的與生物體鍵合能力。如中國(guó)專(zhuān)利CN1739810和CN1651604 以等離子噴涂法為基礎(chǔ)制備的納米二氧化鈦涂層顯示出良好的成骨性能。一般認(rèn)為，二氧 化鈦的這一性能與其納米尺度有很大的關(guān)系，因此，如果納米二氧化鈦以一種分立的形式 形成表面涂層，可望最大程度發(fā)揮其納米特性，從而進(jìn)一步提高生物活性涂層的性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種在醫(yī)用金屬表面制備生物活性球狀二氧化鈦納米點(diǎn)的 方法。本發(fā)明的在醫(yī)用金屬表面制備生物活性球狀二氧化鈦納米點(diǎn)的方法，包含以下步 驟1)按以下次序加入有機(jī)溶劑、去離子水、有機(jī)絡(luò)合劑、鈦源和分相劑，攪拌混合，形 成鈦濃度為0. 05 0. 8mol/L、分相劑的濃度為IOg 100g/L的前驅(qū)體溶膠；其中有機(jī)絡(luò) 合劑鈦源去離子水的摩爾比為0.3 0.5 1 1 ；2)將前驅(qū)體溶膠以旋涂或浸漬涂膜方式涂在醫(yī)用金屬表面形成液膜，靜置，干燥 形成分相，然后在400°C 700°C下熱處理0. 5 10小時(shí)；旋涂轉(zhuǎn)速為5000rpm 8000rpm， 時(shí)間為30s 50s，干燥時(shí)間為0. 5 5小時(shí)；浸漬提拉時(shí)速度為0. 1 1厘米/分鐘，干 燥時(shí)間為2 10小時(shí)。本發(fā)明中，所說(shuō)的醫(yī)用金屬為鈦、鈦合金、不銹鋼或鈷鉻合金。有機(jī)溶劑可以是甲 醇、乙醇、丙醇或丁醇。有機(jī)絡(luò)合劑可以為乙酰丙酮、聚乙二醇或聚乙烯醇。所說(shuō)的鈦源為 鈦酸四乙酯、鈦酸四丁酯或鈦酸四異丙酯。所說(shuō)的分相劑可以為聚乙烯吡咯烷酮、三氯甲烷
或二氯甲烷。本發(fā)明制備方法利用鈦源與分相劑兩相之間的表面張力差異引起Maragoni效應(yīng) 發(fā)生分相自組裝制備球狀二氧化鈦納米點(diǎn)。通過(guò)調(diào)節(jié)前軀體溶液中鈦源的濃度、分相劑濃 度以及旋涂的速度和時(shí)間或浸漬提拉的速度和時(shí)間，可以控制醫(yī)用金屬表面制備所得的球 狀二氧化鈦納米點(diǎn)的尺寸和密度。
本發(fā)明方法在醫(yī)用金屬基板表面形成了由分立的球狀二氧化鈦納米點(diǎn)層，其與二 氧化鈦薄膜相比，一方面充分暴露的納米二氧化鈦表面可以發(fā)揮其誘導(dǎo)磷灰石沉積的效 應(yīng)，另一方面形成的納米尺度的粗糙表面，有利于植入體與組織形成牢固的結(jié)合。因而兼具 有很高的生物活性與生物相容性。而且制備方法簡(jiǎn)單，易于制備在不同種類(lèi)的醫(yī)用金屬表 面，有利于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。


圖1是采用旋涂方式并經(jīng)后續(xù)處理后得到的具有球狀二氧化鈦納米點(diǎn)的表面；圖2是采用浸漬提拉方式并經(jīng)后續(xù)處理后得到的具有球狀二氧化鈦納米點(diǎn)的表
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合實(shí)例進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明。實(shí)例1按如下次序加入原料試劑乙醇、去離子水、乙酰丙酮、鈦酸四丁酯、聚乙烯吡咯烷 酮，形成鈦濃度為0. 05mol/L的前驅(qū)體溶膠；其中乙酰丙酮鈦酸四丁酯去離子水的摩 爾比為0.3 1 1，聚乙烯吡咯烷酮的濃度為40g/L。將上述溶液在不銹鋼基板表面以8000rpm旋涂30s，并干燥0.5小時(shí)。之后在 400°C下熱處理10小時(shí)，即得球狀二氧化鈦納米點(diǎn)表面層。所獲得的不銹鋼基板表面上分立的球狀二氧化鈦納米點(diǎn)尺度為50 100納米，如 圖1所示。實(shí)例2按如下次序加入原料試劑甲醇、去離子水、聚乙烯醇、鈦酸四乙酯、聚乙烯吡咯烷 酮，形成鈦濃度為0. lmol/L的前驅(qū)體溶膠；其中聚乙烯醇鈦酸四乙酯去離子水的摩爾 比為0.5 1 1，聚乙烯吡咯烷酮的濃度為100g/L。將上述溶液在純鈦基板表面以5000rpm旋涂50s，并干燥5小時(shí)。之后在500°C下 熱處理2小時(shí)，即得球狀二氧化鈦納米點(diǎn)表面層。所獲得的純鈦基板表面上分立的的球狀二氧化鈦納米點(diǎn)尺度為100 150納米。實(shí)例3按如下次序加入原料試劑乙醇、去離子水、乙酰丙酮、鈦酸四異丙酯、三氯甲烷， 形成鈦濃度為0. 3mol/L的前驅(qū)體溶膠；其中乙酰丙酮鈦酸四異丙酯去離子水的摩爾 比為0.5 1 1，三氯甲烷的濃度為20g/L。將上述溶液在鈦合金(Ti6A14V)基板表面以7000rpm旋涂40s，并干燥3小時(shí)。之 后在700°C下熱處理0. 5小時(shí)，即得球狀二氧化鈦納米點(diǎn)表面層。所獲得的鈦合金(Ti6A14V)基板表面上分立的的球狀二氧化鈦納米點(diǎn)尺度為 200 300納米。實(shí)例4按如下次序加入原料試劑丙醇、去離子水、聚乙二醇、鈦酸四乙酯、二氯甲烷，形 成鈦濃度為0. 5mol/L的前驅(qū)體溶膠；其中聚乙二醇鈦酸四乙酯去離子水的摩爾比為0.4 1 1，二氯甲烷的濃度為10g/L。將上述溶液在鈷鉻合金基板表面以6000rpm旋涂45s，并干燥2. 5小時(shí)。之后在 600°C下熱處理4小時(shí)，即得球狀二氧化鈦納米點(diǎn)表面層。所獲得的鈷鉻合金基板表面上分立的的球狀二氧化鈦納米點(diǎn)尺度為80 200納 米。實(shí)例 5按如下次序加入原料試劑丁醇、去離子水、聚乙二醇、鈦酸四丁酯、聚乙烯吡咯烷 酮，形成鈦濃度為0. 8mol/L的前驅(qū)體溶膠；其中聚乙二醇鈦酸四丁酯去離子水的摩爾 比為0.4 1 1，聚乙烯吡咯烷酮的濃度為30g/L。將上述溶液在不銹鋼基板表面以8000rpm旋涂30s，并干燥1小時(shí)。之后在500°C 下熱處理2小時(shí)，即得球狀二氧化鈦納米點(diǎn)表面層。所獲得的不銹鋼基板表面上分立的的球狀二氧化鈦納米點(diǎn)尺度為90 150納米。實(shí)例6按如下次序加入原料試劑乙醇、去離子水、乙酰丙酮、鈦酸四丁酯、聚乙烯吡咯烷 酮，形成鈦濃度為0. 05mol/L的前驅(qū)體溶膠；其中乙酰丙酮鈦酸四丁酯去離子水的摩 爾比為0.3 1 1，聚乙烯吡咯烷酮的濃度為40g/L。將純鈦基板浸入上述溶液中，以0. 1厘米/分鐘速度拉起，干燥2. 5小時(shí)。之后在 500°C下熱處理7小時(shí)，即得球狀二氧化鈦納米點(diǎn)表面層。所獲得的純鈦基板表面上分立的球狀二氧化鈦納米點(diǎn)尺度為30 260納米，如圖 2所示。
權(quán)利要求
在醫(yī)用金屬表面制備生物活性球狀二氧化鈦納米點(diǎn)的方法，其特征在于包含以下步驟1)按以下次序加入有機(jī)溶劑、去離子水、有機(jī)絡(luò)合劑、鈦源和分相劑，攪拌混合，形成鈦濃度為0.05～0.8mol/L、分相劑的濃度為10g～100g/L的前驅(qū)體溶膠；其中有機(jī)絡(luò)合劑∶鈦源∶去離子水的摩爾比為0.3～0.5∶1∶1；2)將前驅(qū)體溶膠以旋涂或浸漬涂膜方式涂在醫(yī)用金屬表面形成液膜，靜置，干燥形成分相，然后在400℃～700℃下熱處理0.5～10小時(shí)；旋涂轉(zhuǎn)速為5000rpm～8000rpm，時(shí)間為30s～50s，干燥時(shí)間為0.5～5小時(shí)；浸漬提拉時(shí)速度為0.1～1厘米/分鐘，干燥時(shí)間為2～10小時(shí)。
2.根據(jù)根據(jù)權(quán)利要求1所述的在醫(yī)用金屬表面制備球狀二氧化鈦納米點(diǎn)的方法，其特 征在于所說(shuō)的醫(yī)用金屬為鈦、鈦合金、不銹鋼或鈷鉻合金。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在醫(yī)用金屬表面制備球狀二氧化鈦納米點(diǎn)的方法，其特征在 于所說(shuō)的有機(jī)溶劑為甲醇、乙醇、丙醇或丁醇。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在醫(yī)用金屬表面制備球狀二氧化鈦納米點(diǎn)的方法，其特征在 于所說(shuō)的有機(jī)絡(luò)合劑為乙酰丙酮、聚乙二醇或聚乙烯醇。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在醫(yī)用金屬表面制備球狀二氧化鈦納米點(diǎn)的方法，其特征在 于所說(shuō)的鈦源為鈦酸四乙酯、鈦酸四丁酯或鈦酸四異丙酯。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在醫(yī)用金屬表面制備球狀二氧化鈦納米點(diǎn)的方法，其特征在 于所說(shuō)的分相劑為聚乙烯吡咯烷酮、三氯甲烷或二氯甲烷。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種在醫(yī)用金屬表面制備生物活性球狀二氧化鈦納米點(diǎn)的方法。該方法以鈦的溶膠-凝膠前驅(qū)體為基礎(chǔ)，通過(guò)在其中添加高分子聚合物添加劑，使前驅(qū)體在醫(yī)用金屬表面形成溶膠膜后自發(fā)分相，經(jīng)熱處理后即得結(jié)合在醫(yī)用金屬表面的、具有生物活性的球狀二氧化鈦納米點(diǎn)。通過(guò)調(diào)節(jié)前軀體溶液中鈦源的濃度、分相劑濃度以及旋涂的速度和時(shí)間或浸漬提拉的速度和時(shí)間，可以控制醫(yī)用金屬表面制備所得的球狀二氧化鈦納米點(diǎn)的尺寸和密度，改進(jìn)生物醫(yī)用金屬的表面生物活性以及細(xì)胞相容性。
文檔編號(hào)C23C20/08GK101899654SQ201010224560
公開(kāi)日2010年12月1日 申請(qǐng)日期2010年7月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月9日
發(fā)明者任常寶, 劉曉華, 洪逸, 程逵, 簡(jiǎn)雪梅, 翁文劍, 馬翩翩 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)