一种纳米CaO-SiO制造技术

本发明专利技术公开了一种纳米CaO‑SiO

【技术实现步骤摘要】
一种纳米CaO-SiO2有序点阵的制备方法
本专利技术涉及一种纳米CaO-SiO2有序点阵的制备方法，属于生物材料表面功能改性

技术介绍
生物材料表面的微观结构(物理信号)和化学组成(化学信号)对于诱导骨组织形成并促进骨整合起到至关重要的作用。近年来的研究发现，材料表面的纳米阵列结构作为一种生物物理信号，能够诱导并调控细胞的行为(黏附、铺展、迁移、取向、增殖、分化、基因表达、调亡等)，这种对细胞的物理调控方法为骨修复提供了重要途径。钙-硅基(CaO-SiO2)生物材料具有优良的生物活性及可降解性，能够快速诱导类骨磷灰石沉积，并通过活性离子的释放，显著促进骨组织细胞的增殖，分化。近年来众多的研究表明，将CaO-SiO2生物材料用于医用植入材料的表面改性，可有效地改善植入材料自身生物活性的不足。专利201010600167.3采用等离子喷涂法在钛合金表面制备了一种锌修饰的钙-硅基生物陶瓷涂层，赋予了材料更为优良的生物学性能；李萍等利用循环浸泡法在钛材料表面制备出了硅酸钙涂层，显著提高了钛材料表面的生物活性(SurfaceandCoatingsTechnology2014；258：624-630)。然而，上述方法所获得的CaO-SiO2涂层均为无规的随机平面涂层结构，缺乏对CaO-SiO2纳米颗粒有序排布的有效控制。本专利技术人设想在医用植入材料表面引入CaO-SiO2生物活性材料的同时，构建其有序的纳米阵列结构。这种有序CaO-SiO2阵列结构在生理环境下可缓慢降解，在提供凸点阵列信号的同时，也发挥着无机活性钙硅离子的生物学功能。从而实现CaO-SiO2表面化学信号与物理信号的有机融合。前期工作中，我们采用电化学阳极氧化法在医用316LSS表面制备出有序的纳米凹坑阵列，并成功制备出一元SiO2及TiO2体系的有序纳米凸点阵列。我们期待利用凹坑结构的诱导成核作用，进一步构建出二元CaO-SiO2有序纳米点阵，从而可能赋予316LSS更优异的生物学性能。
技术实现思路
本专利技术所要解决的是：提供一种医用316LSS表面原位生长纳米CaO-SiO2有序点阵的制备方法，该制备方法可用于生物医用金属材料的表面功能化改性。为了解决上述问题，本专利技术提供了一种纳米CaO-SiO2有序点阵的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1)：将316LSS置于高氯酸-乙二醇电解液中阳极氧化，得到表面具有有序纳米凹坑阵列的316LSS；其中，高氯酸与乙二醇的体积比为(1∶14)～(1∶19)，电解液温度为-5～10℃；步骤2)：将钙源和pH值调节剂加入到去离子水中，搅拌，再加入硅源，搅拌反应，得到纳米CaO-SiO2溶液；步骤3)：将纳米CaO-SiO2溶液滴加到316LSS基板表面，依次经过静置、清洗、干燥、煅烧工序，在316LSS表面得到纳米CaO-SiO2有序点阵。纳米CaO-SiO2有序点阵以316LSS表面有序凹坑阵列为模板，以凹坑为CaO-SiO2生长位点进行有序化组装，形成了316LSS表面纳米CaO-SiO2凸点阵列结构。优选地，所述步骤1)中阳极氧化的电压为30～50V，氧化时间为10～15min。优选地，所述步骤1)中表面具有纳米坑凹坑阵列的316LSS，其表面坑径为50～90nm。优选地，所述步骤2)中钙源为四水合硝酸钙或氯化钙；pH值调节剂为硝酸或氨水；硅源为正硅酸四乙酯或正硅酸甲酯；pH值的调节范围为1～3或10～12，钙离子浓度为0.2～2mol/L，硅源与钙源加入量的摩尔比为(1∶2)～(1～7)。优选地，所述步骤2)中搅拌反应的反应时间为0.5～2h；反应温度为10～30℃。优选地，所述步骤3)中静置的时间为2～12h。优选地，所述步骤3)中干燥的温度为55～65℃，干燥时间为3～5h。优选地，所述步骤3)中煅烧的温度为250～450℃，升温速率为1～4℃/min，煅烧时间为3～6h。优选地，所述步骤3)中纳米CaO-SiO2溶液滴加时纳米CaO-SiO2与316LSS基板之间的垂直距离为5～9nm；其中，纳米CaO-SiO2的颗粒直径为30～60nm，颗粒间距为30～45nm。优选地，所述步骤3)中纳米CaO-SiO2的颗粒中钙元素的化合态为Ca2+，硅元素的化合态为Si4+，钙原子与硅原子的原子个数比为(1∶2)～(1∶14)。本专利技术利用纳米凹坑阵列提供的微空间，进一步在凹坑单元内可控地构造CaO-SiO2颗粒，颗粒单元的重复排布形成阵列化CaO-SiO2。这种有序CaO-SiO2阵列结构在生理环境下可缓慢降解，在提供凸点阵列信号的同时，也发挥着无机活性钙硅离子的生物学功能。与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：(1)本专利技术简单易行，成本低廉且便于推广；(2)本专利技术制备得到的纳米CaO-SiO2点阵高度有序；(3)本专利技术制备得到的纳米CaO-SiO2以316LSS表面的纳米凹坑阵结构为模板，复制出了与凹坑阵列结构对应的有序凸点阵结构。附图说明图1为实施例1中316LSS表面纳米凹坑阵列的FESEM图；图2为实施例1中316LSS表面纳米CaO-SiO2点阵的FESEM图；图3为实施例1中316LSS表面纳米CaO-SiO2点阵元素的XPS总谱；图4为实施例1中316LSS表面纳米CaO-SiO2点阵中钙元素的XPS分峰图谱；图5为实施例1中316LSS表面纳米CaO-SiO2点阵中硅元素的XPS分峰图谱；图6为实施例2中316LSS表面纳米CaO-SiO2阵列的FESEM图；图7为实施例2中316LSS表面纳米CaO-SiO2点阵元素的XPS总谱；图8为实施例2中316LSS表面纳米CaO-SiO2点阵中钙元素的XPS分峰图谱；图9为实施例2中316LSS表面纳米CaO-SiO2点阵中硅元素的XPS分峰图谱。具体实施方式为使本专利技术更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。实施例一种纳米CaO-SiO2有序点阵的制备方法：(1)316LSS表面纳米凹坑阵列的制备：将316LSS于高氯酸、乙二醇的混合液(V∶V＝1∶15)中，体系溶液温度为0℃，40V阳极氧化10min，坑径为50nm；(2)纳米CaO-SiO2溶液的制备：取0.2g四水合硝酸钙溶于2.9mL去离子水中，滴入硝酸，调节pH值为2，搅拌；将该溶液逐滴加入4.9mL正硅酸四乙酯中，0℃下搅拌2h；(3)将纳米CaO-SiO2溶液在-5℃时，滴入装有表面具有纳米凹坑阵列的316LSS的小玻璃瓶中，坑径为50nm，静置3h；(4)取出所得样品，乙醇清洗后再用去离子水反复冲洗，并在60℃下干燥5h；(5)将样品在马弗炉中350℃煅烧，升温速率2℃/min，350℃下保温6h；(6)将316LSS表面纳米CaO-SiO2点阵用FESEM和XPS进行表征。由图1-3可见，利用316LSS的表面纳米凹坑阵列，制备了纳米CaO-SiO2有序凸点阵；由图4、5可见，制备的316LSS表面的纳米CaO-SiO2含有钙元素和硅元素。其中，其中钙元素与硅元素的原子个数比为1∶2.25。钙元素的化合态为Ca2+，硅元素的化合态为Si4+。实施例2一种纳米CaO-SiO2有序点阵的制备方法：(1)316LSS表面纳米凹坑阵列的制备：将316本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种纳米CaO‑SiO2有序点阵的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1)：将316LSS置于高氯酸‑乙二醇电解液中阳极氧化，得到表面具有有序纳米凹坑阵列的316LSS；其中，高氯酸与乙二醇的体积比为(1∶14)～(1∶19)，电解液温度为‑5～10℃；步骤2)：将钙源和pH值调节剂加入到去离子水中，搅拌，再加入硅源，搅拌反应，得到纳米CaO‑SiO2溶液；步骤3)：将纳米CaO‑SiO2溶液滴加到316LSS基板表面，依次经过静置、清洗、干燥、煅烧工序，在316LSS表面得到纳米CaO‑SiO2有序点阵。

【技术特征摘要】
1.一种纳米CaO-SiO2有序点阵的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1)：将316LSS置于高氯酸-乙二醇电解液中阳极氧化，得到表面具有有序纳米凹坑阵列的316LSS；其中，高氯酸与乙二醇的体积比为(1∶14)～(1∶19)，电解液温度为-5～10℃；步骤2)：将钙源和pH值调节剂加入到去离子水中，搅拌，再加入硅源，搅拌反应，得到纳米CaO-SiO2溶液；步骤3)：将纳米CaO-SiO2溶液滴加到316LSS基板表面，依次经过静置、清洗、干燥、煅烧工序，在316LSS表面得到纳米CaO-SiO2有序点阵。2.如权利要求1所述的纳米CaO-SiO2有序点阵的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中阳极氧化的电压为30～50V，氧化时间为10～15min。3.如权利要求1所述的纳米CaO-SiO2有序点阵的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中表面具有纳米坑凹坑阵列的316LSS，其表面坑径为50～90nm。4.如权利要求1所述的纳米CaO-SiO2有序点阵的制备方法，其特征在于，所述步骤2)中钙源为四水合硝酸钙或氯化钙；pH值调节剂为硝酸或氨水；硅源为正硅酸四乙酯或正硅酸甲酯；pH值的调节范围为1～3或10～12，钙离子浓度为0.2～2mol/L，硅源与钙源加入...

【专利技术属性】
技术研发人员：倪似愚，梅琳，崔冉，魏媛媛，陈晶晶，
申请(专利权)人：东华大学，
类型：发明
国别省市：上海,31