一种纯钛微弧氧化涂层及其应用制造技术

本发明专利技术公开了一种纯钛微弧氧化涂层及其应用。本发明专利技术所提供的纯钛微弧氧化涂层由基体，以及与所述基体结合的表面多孔的氧化膜组成；所述基体为钛；所述氧化膜为含有硅元素和钙元素的锐钛矿型二氧化钛；所述硅元素在所述氧化膜中的质量百分含量为2.2%；所述钙元素在所述氧化膜中的质量百分含量为1.5%。实验证明，与纯钛基体相比，本发明专利技术所提供的纯钛微弧氧化涂层具有更强的细胞相容性，培养7天时，作为对照的纯钛基体表面细胞的增殖率仅为0.713，而本发明专利技术所提供的纯钛微弧氧化涂层表面细胞的增殖率可高达1.172。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种纯钛微弧氧化涂层及其应用。
技术介绍
钛及其合金是应用最广泛的骨组织替代材料，因为其具有良好的强度、韧性和生物相容性，但是其生物活性及骨诱导性能较差。对钛合金表面改性可以提高其表面的生物活性，常用的改性方法有等离子喷涂、电化学沉积、溶胶凝胶等。微弧氧化(Microarcoxidation, MAO)又称微等离子体氧化(Microplasmaoxidation, ΜΡ0)，是 一种是通过电解液与相应电参数的组合，在铝、镁、钛及其合金表面依靠弧光放电产生的瞬时高温高压作用，生长出以基体金属氧化物为主的陶瓷膜层的新技术，由于其制备方法简单，膜基结合度高，成本低、可在复杂材料上均匀制备涂层，同时可引入对生物活性有益的微量元素等优点而广受关注。钙是人体内最丰富的矿物质，参与人体整个生命过程，是人体生命之本。对骨骼的生长发育起着重要作用，可谓骨骼健康的基石。钙元素在人体生理代谢中，担负着信使的重任，几乎参加与所有细胞活动中。钙元素直接调节神经和肌肉的兴奋性。下它在人体中起着自身所能支持的各种作用。硅在水中呈偏硅酸形态被人体吸收，主要分布于人体皮肤及结缔组织之中，在骨骼化过程中具有生理上的作用，促进骨骼发育生长。硅还参与多糖的代谢，是构成一些葡萄糖氨基多糖羧酸的主要成分。硅与心血管病有关，人如缺硅，可引起关节炎、动脉硬化、冠心病等心血管病。目前尚未有在微弧氧化涂层中引入S1、Ca元素的报道，更没有将这种涂层用于细胞相容性研究的报道。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种纯钛微弧氧化涂层及其应用。本专利技术所提供的纯钛微弧氧化涂层，由基体，以及与所述基体紧密结合的表面多孔的致密氧化膜组成；所述基体为钛；所述氧化膜为含有硅元素和钙元素的锐钛矿型二氧化钛；所述硅元素在所述氧化膜中的质量百分含量为2.2% ;所述钙元素在所述氧化膜中的质量百分含量为1.5%。所述孔的直径具体为2 μ m。本专利技术的再一个目的是提供一种制备所述纯钛微弧氧化涂层的方法。本专利技术所提供的制备所述纯肽微弧氧化涂层的方法，具体包括如下步骤:将钛置于电解液中，以所述钛为阳极，以不锈钢为阴极，在电压为200V、频率为600Hz、占空比为8%的条件下，氧化5min，得到所述纯钛微弧氧化涂层；所述电解液的溶质为硅酸钠、氢氧化钠、乙酸钙、乙二胺四乙酸二钠，溶剂为水；所述硅酸钠、所述氢氧化钠、所述乙酸钙、所述乙二胺四乙酸二钠和所述水的配比为14.2g:20g:8.8g:15g:9L ;所述电解液的 pH 为 7.2。在上述方法中，置于所述电解液中的钛为经过如下前处理的钛:将钛片依次经300#或800#或1500#的砂纸打磨后，用丙酮、无水乙醇、去离子水依次超声清洗、50°C烘干，得到处理后的钛。所述纯钛微弧氧化涂层在作为动物体硬组织替换材料或植入体中的应用也属于本专利技术的保护范围。所述动物体硬组织可为关节、骨骼、牙齿等。所述植入体可为人工关节、人工骨、脊骨矫正杆、骨髓内钉、牙科植入物或头盖骨等。所述纯钛微弧氧化涂层在作为细胞培养基底材料中的应用也属于本专利技术的保护范围。所述纯钛微弧氧化涂层在制备促进细胞增殖的产品中的应用也属于本专利技术的保护范围。本专利技术所提供的纯钛微弧氧化涂层主要成分为锐钛矿型二氧化钛，并且在涂层表面成功引入了硅元素和钙元素。实验证明，与纯钛基体相比，本专利技术所提供的纯钛微弧氧化涂层具有更强的细胞相容性。培养7天时，作为对照的纯钛基体表面细胞的增殖率仅为1.8，而本专利技术所提供的纯钛微弧氧化涂层表面细胞的增殖率可高达4.3。附图说明图1为纯钛微弧氧化涂层和钛片的X射线衍射图谱。图2为纯钛微弧氧化涂层和钛片的扫描电子显微镜图谱及其X射线能谱。其中，A为扫描电子显微镜图谱 ；B为X射线能谱。图3为纯钛微弧氧化涂层和钛片表面细胞黏附率的统计结果。图4为纯钛微弧氧化涂层和钛片表面MC3T3_ElSubclonel4细胞贴壁4h时的扫描电子显微镜图谱。其中，A为钛片；B为纯钛微弧氧化涂层。图5为纯钛微弧氧化涂层和钛片表面细胞增殖率的统计结果。具体实施例方式下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。实施例1、纯钛微弧氧化涂层的制备及鉴定一、纯钛微弧氧化涂层的制备电解液:14.2g硅酸钠、20g氢氧化钠、8.8g乙酸钙、15g乙二胺四乙酸二钠，溶于9L的去离子水中，pH7.2。采用商业医用纯钛，尺寸规格为IOXlOXlmm的钛片。试样表面分别依次采用300#, 800#和1500#的砂纸打磨(制作涂层时每组都利用这三种不同砂纸打磨)，然后用丙酮、无水乙醇、去离子水依次超声(超声参数功率100赫兹)清洗、50°C烘干。将清洗后的钛片作为阳极，置入电解液(配方如上)中，不锈钢为阴极。氧化电压为200V、频率600Hz、占空比8%,氧化时间5min。得到纯钛微弧氧化涂层。二、纯钛微弧氧化涂层的鉴定以尺寸规格相同的钛片为对照，利用X射线衍射仪(XRD，D/max-Y B, Japan)对步骤一制备的纯钛微弧氧化涂层进行物相分析，使用CuKaX射线源，管电压40KV，管电流为40mA，连续扫描模式，扫描速度4° /min，衍射角2Θ为10 90°。步骤一制备的纯钛微弧氧化涂层表面形貌观察利用扫描电子显微镜(SEM, Quanta200, FEIC0., American),表面元素含量检测采用扫描电镜系统配备的X射线能谱仪(EDS，EDAX, American)。X射线衍射图谱如图1所示，从图中可以看出，纯钛经过步骤一中200V微弧氧化处理后，出现了锐钛矿衍射峰，图中钛的衍射峰主要来自于钛基体。此外，在2 Θ =25 35°之间出现较宽的背底峰，说明涂层中有非晶态物相。而XRD图谱没有发现含硅钙元素的新物相，因而涂层中含硅钙产物为非晶态。扫描电子显微镜图谱及其X射线能谱如图2所示，从扫描电子显微镜图谱(图2中A)中可以看出，纯钛经过步骤一中200V微弧氧化处理后，钛基体表面形成典型的微弧氧化多孔结构，多孔直径的尺寸约为2 μ m。从X射线能谱(图2中B)中可以看出，步骤一制备的纯钛微弧氧化涂层除了 Ti、0元素外还含有S1、Ca元素，其中Si的质量百分含量约为2.2%，Ca的质量百分含量约为1.5%。这说明在步骤一制备的纯钛微弧氧化涂层中成功的引入了S1、Ca元素。实施例2、纯钛微弧氧化涂层细胞活性实验实验细胞:MC3T3-ElSubclonel4 (小鼠颅顶前骨细胞亚克隆14)，中国科学院上海生命科学研究院。实验试剂:改良型a -MEM Hyclone培养基(赛默飞世尔生物化学制品北京有限公司)；FBS Gibco胎牛血清；Cou Counting kit-8 (CCK8,碧云天生物技术研究所)；C0222青霉素-链霉素溶液(碧云天生物技术研究所);PBS缓冲液(pH值为7.2-7.6，武汉博士德生物工程有限公司);戊二醛(国药集团化学试剂有限公司);多聚甲醛(天津科密欧化学试剂有限公司)；叔丁醇；锇酸；无水乙醇(体积分数为50%、70%、90%、95%和100%)。实验分组:实施例1中步骤一制备得到的纯钛微弧氧化涂层(实验组);尺寸规格与纯钛微弧氧化涂层相同的钛片(对照组)。一、本文档来自技高网...

【技术保护点】
纯钛微弧氧化涂层，由基体，以及与所述基体结合的表面多孔的氧化膜组成；所述基体为钛；所述氧化膜为含有硅元素和钙元素的锐钛矿型二氧化钛；所述硅元素在所述氧化膜中的质量百分含量为2.2%；所述钙元素在所述氧化膜中的质量百分含量为1.5%。

【技术特征摘要】
1.纯钛微弧氧化涂层，由基体，以及与所述基体结合的表面多孔的氧化膜组成； 所述基体为钛；所述氧化膜为含有硅元素和钙元素的锐钛矿型二氧化钛； 所述硅元素在所述氧化膜中的质量百分含量为2.2% ;所述钙元素在所述氧化膜中的质量百分含量为1.5%。2.根据权利要求1所述的纯钛微弧氧化涂层，其特征在于:所述孔的直径为2μ m。3.制备权利要求1或2所述纯钛微弧氧化涂层的方法，包括如下步骤:将钛置于电解液中，以所述钛为阳极，以不锈钢为阴极，在电压为200V、频率为600Hz、占空比为8%的条...

【专利技术属性】
技术研发人员：邹智群，李元忠，赵秀兰，李德超，刘云，朱建华，王洪艳，潘攀，黑晓霞，胡忠博，王萌，姜全春，刘楠楠，吴孝楠，曲平川，刘晓晶，王春娜，刘苗，陈乙滋，周宏志，张蕊，
申请(专利权)人：邹智群，
类型：发明
国别省市：