專利名稱：一種金屬表面刻蝕納米孔陣列的形貌的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種新型植入材料，具體地說，是一種鈦表面TiO2納米孔陣列結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
生物醫(yī)用材料是指以醫(yī)療為目的，用于與活體組織接觸并能實現(xiàn)某種功能的無生命材料(國際標準化組織IS0，1987. 10)。深入研究植入材料與人體的相互作用及由此產(chǎn)生的材料反應(yīng)和宿主反應(yīng)是研制理想生物醫(yī)用材料的前提和必要條件。材料表面與受面組織細胞的相互作用是骨種植體材料臨床應(yīng)用效果好壞、治療成功與否的關(guān)鍵性因素之一。材料表面特性影響組織細胞的黏附和生長，還將進一步影響細胞的增殖、分化和凋亡等一系列生理過程。 鈦作為醫(yī)用人體硬組織植入材料已獲得廣泛應(yīng)用，生物相容性較好，且能行使比較理想的生物學(xué)功能。但鈦是一種惰性材料，它的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)與骨組織相差較大，不能象生物相容性好的材料那樣可以與骨組織發(fā)生生物化學(xué)性結(jié)合。鈦與骨組織之間僅為機械性骨整合，植入骨組織后失敗的根本原因也在于此。已有的研究結(jié)果提示，植入材料表面修飾是解決這一難題的主要方法。近年來，納米材料因其結(jié)構(gòu)的特殊性，表現(xiàn)出許多不同于傳統(tǒng)材料的物理、化學(xué)和生物性能，已被成功地應(yīng)用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中。在口腔學(xué)、骨科學(xué)和整形外科學(xué)領(lǐng)域，鈦種植體表面納米化處理技術(shù)也有研究和應(yīng)用的報道，對純鈦表面進行納米形貌結(jié)構(gòu)的修飾提高其生物相容性，已成為生物材料的前沿研究領(lǐng)域。納米TiO2薄膜是一種功能性薄膜，在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域也有較廣闊的應(yīng)用前景。納米TiO2薄膜的制備方法很多，主要有液相制備方法、物理制備法、化學(xué)氣相沉積法和電化學(xué)方法等，其中，陽極氧化法是制備鈦表面納米TiO2薄膜最經(jīng)濟、最常用的方法之一。毋庸置疑，鈦作為目前最常用的骨種植體材料，其表面粗糙法是其表面處理研究的主流方向，納米技術(shù)是目前表面處理的熱點技術(shù)之一，美國航空航天管理局(NASA)對納米技術(shù)的定義為通過對納米尺度的控制(I-IOOnm)，創(chuàng)造出具有新型功能的材料、裝置和系統(tǒng)，開發(fā)出材料的新現(xiàn)象和新性質(zhì)(包括物理、化學(xué)和生物性質(zhì))。而納米技術(shù)材料既可以是由納米物質(zhì)組成的材料，也可以是具有納米結(jié)構(gòu)表面的材料。目前常用的種植體表面納米處理方法有物理壓縮法、分子自組裝技術(shù)、納米顆粒沉積法、激光刻蝕法、納米生物模擬法等，但是這些傳統(tǒng)方法具有表面結(jié)構(gòu)不均勻、易脫層、操作復(fù)雜等缺點。同時，不同的納米尺度及形貌對細胞產(chǎn)生截然不同的影響，因此探索及研發(fā)有利于提高骨種植體成功率的納米形貌是研究的方向之一。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的是，提供一種金屬表面刻蝕納米孔陣列的形貌。為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采取的技術(shù)方案是一種金屬表面刻蝕納米孔陣列的形貌，所述的金屬表面刻蝕納米孔陣列的形貌是由金屬和金屬表面的納米孔陣列組成，所述的金屬是純鈦或鈦合金，納米孔陣列是TiO2納米孔陣列，所述的TiO2納米孔陣列刻蝕在純鈦或鈦合金的表面，納米孔結(jié)構(gòu)分布均勻。所述的TiO2納米孔的孔徑為20-25nm，孔的深度為8_12nm，深寬比約為O. 3-0. 45。本實用新型優(yōu)點在于本實用新型的鈦表面納米孔陣列結(jié)構(gòu)在有效克服了“納米管”的容易脫層、且不具備良好的機械加工性能缺點的同時，創(chuàng)新性地制造特定尺度的納米孔陣列結(jié)構(gòu)，在以其制作工藝簡單方便、成本低廉的優(yōu)勢，成為很有應(yīng)用前景的骨種植和骨內(nèi)固定材料。

附圖I是本實用新型的一種金屬表面刻蝕納米孔陣列的剖視圖。附圖2是本實用新型的一種金屬表面刻蝕納米孔陣列的俯視圖。
具體實施方式
下面結(jié)合實施例并參照附圖對本實用新型作進一步描述。實施例I金屬表面刻蝕納米孔陣列的結(jié)構(gòu)附圖中涉及的附圖標記和組成部分如下所示I.純鈦或鈦合金2. TiO2納米孔請參照附圖I和附圖2，附圖I是本實用新型的一種金屬表面刻蝕納米孔陣列的剖視圖，附圖2是本實用新型的一種金屬表面刻蝕納米孔陣列的俯視圖。本實用新型的的金屬表面刻蝕納米孔陣列的形貌是由金屬和金屬表面的納米孔陣列組成，所述的金屬是純鈦或鈦合金1，納米孔陣列是TiO2納米孔2陣列，所述的TiO2納米孔2陣列刻蝕在純鈦或鈦合金I的表面，所述的TiO2納米孔2的孔徑為20-25nm，孔的深度為8_12nm，深寬比約為
O.3-0. 45，納米孔結(jié)構(gòu)分布均勻。實施例2 二氧化鈦納米孔的制備主要儀器與試劑純度為99%的鈦片(Alfa Aesar公司，中國)，氟化銨(分析純，國藥集團化學(xué)試劑有限公司，中國)，DMEM培養(yǎng)基(Gibco，美國)，胎牛血清(FBS，Gibco，美國)，胰蛋白酶干粉(活性I : 250，Sigma，美國)，EDTA(華美生物工程公司，中國)，可編程直流電源(IT6834，蘇州歐泰斯特電子有限公司，中國)，(恒溫磁力攪拌器(94-2，上海梅穎浦儀器儀表制造有限公司，中國)，低溫恒溫槽(DC-0506，上海衡平儀器儀表廠，中國)，鉬電極(天津艾達恒晟科技發(fā)展有限公司，中國)，激光掃描共聚焦顯微鏡(Leica TCS SP2，德國)，場發(fā)射掃描電子顯微鏡(Fei Sirion 200, Philip,荷蘭)，原子力顯微鏡(BioScope, Veeco公司，美國)，突光封片劑(Invitrogen,美國)，Hoechst 33342 (Sigma,美國)，羅丹明一鬼筆環(huán)肽(Molecular Probes,美國)。一、制備二氧化鈦納米管陣列I)高純度(99%)醫(yī)用鈦(15mmX20mmX0. 25mm),分別用丙酮、無水乙醇、去離子水(DI水)各超聲清洗10-20分鐘，干燥后備用，部分用做空白對照組，部分用于后續(xù)的處理過程;2)分別量取 98ml 乙二醇、2. 5ml (2wt%)去離子水和 0. 335g (0. 3wt%) NH4F 配制電解液，緩慢攪拌5-15分鐘；3)保持20°C恒溫，以鈦作為陽極，鉬電極為陰極，在20V電壓下陽極氧化100-110分鐘；4)將制得的材料樣品分別在無水乙醇和去離子水(DI水)中超聲清洗6-8分鐘，干燥備用即可。制得的納米管管徑約為20_25nm，管長約為Ιμπι左右，深寬比約為20，并且管徑均勻，納米管陣列排列整齊，管壁光滑。二、二氧化鈦納米孔的制備由于在加工運輸和材料種植的過程中，TiO2納米管層較脆弱，易受到損傷。因此，可以通過特定方法降低TiO2納米管層的厚度，使其僅為管徑的一半左右(8-12nm)，既可在鈦片表面保有TiO2納米管的特征，滿足細胞粘附的要求，又可避免TiO2納米管層易受損傷易脫落的缺點。制備二氧化鈦納米孔陣列采用的方法是利用特定的腐蝕液，腐蝕掉大部分的納米管，僅保留其管底部分的特征。其過程如下I)采用25%氨水(NH40H)、30%雙氧水(H2O2)及去離子水(DI水)按1:1:5的摩爾比配置腐蝕液；2)將腐蝕液加熱到70°C，并保溫I至2分鐘；3)將已生長完TiO2納米管陣列的鈦材料放入腐蝕液內(nèi)，腐蝕25-30分鐘；4)把處理過的樣品取出，用流動的去離子水沖洗5分鐘后，浸泡到去離子水中，并每隔I小時換水一次，重復(fù)三次。將處理后的醫(yī)用鈦片(處理組)和未處理的醫(yī)用鈦(對照組)分別清洗、干燥、真空蒸鍍金膜技術(shù)噴金后，行掃描電子顯微鏡觀察、攝像記錄。同時，應(yīng)用原子力顯微鏡，對比觀察處理組與對照組材料的表面結(jié)構(gòu)特征，對三維形貌特征進行分析。測試前試樣同樣需進行超聲清洗、干燥，使材料表面保持清潔。經(jīng)過腐蝕液腐蝕后，材料表面的納米管陣列形貌已經(jīng)完全消失了，留下的是納米管底部的形貌特征，呈現(xiàn)出一個個均勻的納米尺度的凹坑。經(jīng)由掃描電鏡(ScanningElectronic Microscope, SEM)與原子力顯微鏡(Atomic Force Microscope, AFM)的表征，其深寬比約在0. 3-0. 45之間。需要說明的是，利用電化學(xué)陽極氧化法和化學(xué)腐蝕在鈦表面能制備出特定尺度和形貌的TiO2納米孔層陣列結(jié)構(gòu)。孔徑約為20-25nm，孔深度約為8_12nm，深寬比約為
0.3-0. 45，納米結(jié)構(gòu)分布均勻。以上所述僅是本實用新型的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不脫離本實用新型原理的前提下，還可以做出若干改進和補充，這些改進和補充也應(yīng)視為本實用新型的保護范圍。
權(quán)利要求1.一種金屬表面刻蝕納米孔陣列的形貌，其特征在于，所述的金屬表面刻蝕納米孔陣列的形貌是由金屬和金屬表面的納米孔陣列組成，所述的金屬是純鈦或鈦合金，納米孔陣列是TiO2納米孔陣列，所述的TiO2納米孔陣列刻蝕在純鈦或鈦合金的表面，納米孔結(jié)構(gòu)分布均勻。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的金屬表面刻蝕納米孔陣列的形貌，其特征在于，所述的TiO2納米孔的孔徑為20-25nm，孔的深度為8_12nm，深寬比約為O. 3-0. 45。
專利摘要本實用新型涉及一種金屬表面刻蝕納米孔陣列的形貌，所述的金屬表面刻蝕納米孔陣列的形貌是由金屬和金屬表面的納米孔陣列組成，所述的金屬是純鈦或鈦合金，納米孔陣列是TiO2納米孔陣列，所述的TiO2納米孔陣列刻蝕在純鈦或鈦合金的表面，納米孔結(jié)構(gòu)分布均勻。其優(yōu)點表現(xiàn)在本實用新型的鈦表面納米孔陣列結(jié)構(gòu)在有效克服了“納米管”的容易脫層、且不具備良好的機械加工性能缺點的同時，創(chuàng)新性地制造特定尺度的納米孔陣列結(jié)構(gòu)，在以其制作工藝簡單方便、成本低廉的優(yōu)勢，成為很有應(yīng)用前景的骨種植和骨內(nèi)固定材料。
文檔編號A61L27/06GK202429999SQ20122002441
公開日2012年9月12日 申請日期2012年1月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月19日
發(fā)明者嚴明, 孫強, 張梅, 徐骎, 陳萬濤, 陳姍姍, 黃其煜 申請人:上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第九人民醫(yī)院