TiO*生物医用活性薄膜的制备方法技术

一种生物材料技术领域的ＴｉＯ↓［２］生物医用活性薄膜的制备方法，步骤如下：将基材清洗后烘干后备用：固定钛靶，调节靶面至基板的距离，靶表面上溅射区域的磁场强度为２８００高斯；烘烤磁控溅射系统真空室，通入氩气，对钛靶进行直流辉光溅射清洗；在基板附近通入氧气，调节氩气与氧气的流量比在１０∶１至５∶１，调节总气压在０．３Ｐａ－４Ｐａ，调节溅射功率在４０Ｗ－８０Ｗ，即开始直流反应磁控溅射成膜；溅射后从真空室取出试样，即在基材表面沉积了一层纳米结构ＴｉＯ↓［２］生物活性薄膜。本发明专利技术简单经济，制得的纳米结构ＴｉＯ↓［２］生物活性膜与植入物表面结合牢固，对原医用植入物的机械性能无任何破坏，提高了原普通医用植入物的生物相容性，有很大的应用潜力。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及的是一种生物材料
的制备方法，特别是一种TiO2生物医用活性薄膜的制备方法。
技术介绍
天然的骨骼表面是由致密的大小为几十纳米的结晶颗粒构成的，其表面突起大约在几百纳米，并且上面吸附了对成骨细胞贴附生长起决定性作用的蛋白质分子，其大小也是纳米量级的。普通医用植入物材料，诸如钛及钛合金植入物，其表面由微米颗粒组成，微米尺度的表面突起在纳米尺度下光滑，从而限制了细胞和表面在纳米尺度上的相互作用，使这类材料和骨组织间不能稳定结合，造成植入体松动脱落。因此，制备和加工纳米结构生物医用植入材料，将可能促进植入材料和骨细胞的相互作用，提高材料和骨组织间的结合强度。经对现有技术的文献检索发现，刊登在《Biomaterials》(《生物材料》)1999年第20卷1221-1227页的文章“Osteoblast adhesion on nanophaseceramics”(“成骨细胞在纳米相陶瓷上的粘连”)，该文中公开了纳米陶瓷的制备方法，将尺度约为32nm TiO2纳米颗粒高温烧结成二氧化钛生物陶瓷材料，通过对温度参数的选择和控制，控制材料表面颗粒尺度。体外细胞培养实验研究表明表面颗粒尺度为20nm～32nm TiO2材料在生物细胞实验中显示了更优越的细胞活性。遗憾的是，由于陶瓷材料强度不高容易断裂，而且用陶瓷材料加工成所需植入物需预先订制，现场无法塑型，应用成本较高，所以纳米颗粒高温压结而成的陶瓷材料在实际应用中有其局限性。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术的不足，提供一种TiO2生物医用活性薄膜的制备方法，使其具有简单经济的优点，在保持原有良好机械性能的前提下，在普通生物医用植入物材料表面修饰一层具有恰当纳米结构的膜层，以改善其生物活性。本专利技术是通过以下技术方案实现的，步骤如下 (1)将待处理的医用植入物基材先后置入丙酮和无水乙醇溶液中超声清洗15分钟，然后用去离子水冲洗，烘干后备用。(2)将纯度为99.9％的钛靶固定在磁控阴极靶托上，将清洗烘干后待处理的医用植入物基材固定在磁控溅射系统真空室的样品基座上。靶面至样品的距离为60mm至110mm之间，靶表面上溅射区域的磁场强度约为2800高斯。(3)烘烤磁控溅射系统真空室，待真空室本底真空抽至2×10-3Pa以下时，通入氩气，直至气压达到0.3Pa-4Pa之间后，对溅射系统中的钛靶进行直流辉光溅射清洗。溅射清洗时，转动档板位置，用档板将待处理的医用植入物基材和钛靶隔开，以免从钛靶表面溅射出的成分沉积到待处理的医用植入物基材上。(4)待溅射清洗稳定后，在基板附近通入氧气，此时氩气流量保持在30sccm，调节氩气与氧气的流量比在10∶1至5∶1之间，调节总气压在0.3Pa-4Pa之间，调节功率在40W-80W之间，反应直流磁控溅射钛靶。移开档板，在待处理的医用植入物基材上沉积纳米结构TiO2生物活性膜。(5)溅射后从真空室取出试样，即在基材表面沉积了一层纳米结构TiO2生物活性薄膜。将试样从真空室取出后，可以置入退火炉中并在200-300摄氏度空气或者水蒸气氛围中保持10小时左右。本专利技术制备得到的纳米结构TiO2生物活性薄膜，表面布满了致密且均匀的TiO2颗粒，通过选择恰当的制备参数，薄膜表面平均颗粒尺度可控制在在10nm至50nm之间，薄膜厚度控制在20nm-200nm之间。本专利技术采用反应磁控溅射的技术，根据物理气相沉积成膜理论，选择合适的工艺参数以及成膜后处理手段，在医用植入物表面修饰一层颗粒尺度恰当纳米结构的TiO2薄膜。与现有技术相比，简单经济，而且通过这种方法制得的纳米结构TiO2生物活性膜与植入物表面结合牢固，对原医用植入物的机械性能无任何破坏，提高了原普通医用植入物的生物活性，方法简单且成本较低，有很大的应用潜力。具体实施例方式下面结合实施例对本专利技术作进一步的描述。实施例1 将经过抛光的医用植入物Ti基材先后置入丙酮和无水乙醇溶液中超声清洗15分钟，然后用去离子水冲洗，烘干备用。将纯度为99.9％的钛靶固定在磁控阴极靶托上，将清洗烘干后待处理的医用植入物基材固定在磁控溅射系统真空室的样品基座上。靶表面上溅射区域的磁场强度约为2800高斯，靶面至基板的距离为60mm。制备前先烘烤真空室，待本底真空抽至2×10-3Pa时，通入氩气至1Pa后对靶材进行直流辉光溅射清洗。待完成溅射清洗钛靶后，在基板附近通入氧气，此时调节氩气与氧气的流量分别为30sccm和6sccm，总气压为0.3Pa。调节功率至40W，溅射1小时后从真空室取出式样，即在基材表面沉积了一层纳米结构TiO2生物活性薄膜。经X射线衍射检测，在该条件下，薄膜的晶相为金红石结构。经椭偏仪检测，该条件下薄膜折射率在550nm处达2.58，薄膜的厚度约为36nm。经原子力显微镜AFM检测，薄膜表面颗粒平均尺度为10nm左右。实施例2将抛光的医用植入物Ti6Al4V基材先后置入丙酮和无水乙醇溶液中超声清洗15分钟，然后用去离子水冲洗，烘干备用。将纯度为99.9％的钛靶固定在磁控阴极靶托上，将清洗烘干后待处理的医用植入物Ti6Al4V基材固定在磁控溅射系统真空室的样品基座上。靶表面上溅射区域的磁场强度约为2800高斯，靶面至基板的距离为110mm。制备前先烘烤真空室，待本底真空抽至2×10-3Pa时，通入氩气至0.3Pa后对靶材进行直流辉光溅射清洗。待完成溅射清洗钛靶后，在基板附近通入氧气，此时调节氩气与氧气的流量分别为30sccm和3sccm，总气压为4Pa。调节功率至40W，溅射8小时后从真空室取出式样，即在基材表面得到了一层纳米结构TiO2薄膜。经X射线衍射检测，在该条件下，薄膜的晶相为锐钛矿结构。经椭偏仪检测，该条件下薄膜折射率在550nm处达2.20，薄膜厚度约为75nm。经原子力显微镜AFM检测，薄膜表面颗粒平均尺度为40nm左右。实施例3将抛光的医用植入物Ti6Al4V基材先后置入丙酮和无水乙醇溶液中超声清洗15分钟，然后用去离子水冲洗，烘干备用。将纯度为99.9％的钛靶固定在磁控阴极靶托上，将清洗烘干后待处理的医用植入物Ti6Al4V基材固定在磁控溅射系统真空室的样品基座上。靶表面上溅射区域的磁场强度约为2800高斯，靶面至基板的距离为90mm。制备前先烘烤真空室，待本底真空抽至2×10-3Pa时，通入氩气至0.3Pa后对靶材进行直流辉光溅射清洗。待完成溅射清洗钛靶后，在基板附近通入氧气，此时调节氩气与氧气的流量分别为30sccm和5sccm，总气压为1.2Pa。调节功率至80W，溅射8小时后从真空室取出式样，将其在退火炉中250摄氏度空气氛围中保持10小时，即在基材表面得到了一层纳米结构TiO2薄膜。经X射线衍射检测，在该条件下，薄膜的晶相为锐钛矿与金红石的混合结构。经椭偏仪检测，该条件下薄膜折射率在550nm处达2.482，薄膜厚度约为150nm。经原子力显微镜AFM检测，薄膜表面颗粒平均尺度为50nm左右。实施例4将抛光的医用植入物Ti基材先后置入丙酮和无水乙醇溶液中超声清洗15分钟，然后用去离子水冲洗，烘干备用。将纯度为99.9％的钛靶固定在磁控阴极靶托上，将清洗烘干后待处理的医用植入物Ti基材固定在磁控溅射系统真空室的样品基座上。靶表面上溅射区域的磁场本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种ＴｉＯ↓［２］生物医用活性薄膜的制备方法，其特征在于，步骤如下：（１）将待处理的医用植入物基材清洗后烘干后备用：将待处理的医用植入物基材先后置入丙酮和无水乙醇溶液中超声清洗１５分钟，然后用去离子水冲洗，烘干备用；（２）将 钛靶固定在磁控阴极靶托上，并将清洗烘干后待处理的医用植入物基材固定在磁控溅射系统真空室的样品基座上，调节靶面至基板的距离，靶表面上溅射区域的磁场强度为２８００高斯；（３）烘烤磁控溅射系统真空室，通入氩气，对溅射系统中的钛靶进行直流辉 光溅射清洗，溅射清洗时，转动档板位置，用档板将待处理的医用植入物基材和钛靶隔开，以免从钛靶表面溅射出的成分沉积到待处理的医用植入物基材上；（４）待完成溅射清洗钛靶后，在基板附近通入氧气，此时氩气流量保持在３０ｓｃｃｍ，调节氩气与氧气 的流量比在１０∶１至５∶１之间，调节总气压在０．３Ｐａ－４Ｐａ之间，调节溅射功率在４０Ｗ－８０Ｗ之间，即开始直流反应磁控溅射成膜，移开档板，在待处理的医用植入物基材上沉积纳米结构ＴｉＯ↓［２］生物活性膜；（５）溅射后从真空室取出试样 ，即在基材表面沉积了一层纳米结构ＴｉＯ↓［２］生物活性薄膜。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：钟晓霞，周威，袁璐琦，夏宇兴，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]