[发明专利]一种超润湿性褶皱孔槽状二氧化钛薄膜的制备工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种超润湿性褶皱孔槽状二氧化钛薄膜的制备工艺，该工艺获得的金红石相二氧化钛薄膜可用做骨替代材料，特别是牙种植体的表面改性层，属于生物医用材料制备技术领域。

技术背景

钛金属具有良好的生物相容性，不被排斥，可与骨内的骨细胞相结合而牢牢地固定在颚骨内，因此用钛金属制作牙种植体具有非常良好的固定力，可支撑咀嚼时所需的各种假牙。目前市面所售的牙种植体材料的表面处理方法为喷砂后腐蚀，获得细小的多孔结构，这样可以增大表面积，提高种植体表面与牙槽骨的结合力。但是通过这种处理的孔很小，无法满足牙槽骨长入种植体的要求，不能承受较大的咬合力，而且其表面润湿性不高，影响骨细胞的粘附，愈合期很长，增加了患者的痛苦与不方便。文献[Wei J，Yoshinari M，Takemoto S，el at.J Biomed Mater Res B Appl Biomater.2007；81(1)：66-75]研究了成纤维细胞在润湿性不同的材料表面上的黏附情况，结果发现，表面亲水性越强的材料，成纤维细胞早期黏附得越多，细胞铺展的范围越广。另有文献[Ninham B W，Kurihara K，Vinogradova O I.Colloids Surf.A.1997，123：7-12]指出，由于骨替代材料植入到体内后将直接与周围组织细胞作用，其表面的化学成分、形貌、润湿性将直接影响最初的细胞粘附、增殖和分化，以及DNA和蛋白质的吸附，并最终影响新组织的形成和生长速度。因此，材料表面润湿性大小已成为生物医用植入器件的一个重要评价指标。较高的表面润湿性，将有利于蛋白质的吸附，细胞的铺展，加快新骨的生长与组织愈合。

微弧氧化技术是在普通阳极氧化的基础上，利用弧光放电增强并激活在阳极上发生的反应，从而在以铝、钛、镁金属及其合金为材料的工件表面形成优质的强化陶瓷膜的技术方法。该法通过用专用的电源在工件上施加电压，使工件表面的金属与电解质溶液相互作用，在工件表面形成微弧放电，在高温、电场等因素的作用下，金属表面形成陶瓷膜，达到工件表面强化、硬度大幅度提高、耐磨、耐蚀、耐压、绝缘及抗高温冲击特性得到改善的目的。俄罗斯[Snezhko L A，Pavlus S G，Tchernenko V I.Zashch.Metal，1984，20(4)：292]在20世纪80年代开始对钛合金进行微弧氧化的研究，其研究内容主要是对电解液配方的优化和微弧氧化参数改变对涂层化学成分及其防护性能的影响。国内方面，在1998年，Xue W B等人[Xue W B，Wang C，Chen R Y，et al.Materials Letters，2002，52(6)：435-441]研究了钛合金在硅酸盐体系和偏铝酸钠体系中涂层的结构、涂层中各元素的分布以及氧化层的机械性能等。近期Wu X H[Wu X H，Jiang Z H，Liu H L，et al.Thin Solid Films，2003，441(1-2)：130-134]和Wang YM等人[Wang Y M，Lei T Q，Jiang B L，et al.Applied Surface Science，2004，233(1-4)：258-267]也对钛及钛合金微弧氧化过程进行了研究，前者主要研究了不同电解液成分和浓度对涂层生长速率和相结构的影响等；后者着重研究了硅酸盐体系中电化学参数对氧化层的生长速率、形貌和相结构的影响，同时还研究了氧化层耐磨等方面的特性。针对生物医用领域，憨勇[憨勇，徐可为.无机材料学报，2001，16(5)：952-956]等则利用微弧氧化工艺在钛基体上制备了含Ca、P的生物活性涂层，并对涂层的性能进行了研究。如今，在钛合金表面用微弧氧化法获得的多孔陶瓷膜与金属基体结合强度高、膜层具有生物活性等，已引起了相关学者的重视。但是到目前为止，利用已有微弧氧化技术得到的二氧化钛涂层的微观形貌多为典型的火山坑状多孔结构。此种微观结构使得表面膜层存在两大缺点：第一、微弧氧化过程中，表面会产生内应力，且随着微弧氧化时间的延长，内应力不断增大，最后在膜结构薄弱的地区产生微裂纹；第二、这种火山坑状多孔二氧化钛结构的润湿性不高。以上两大缺点限制了它作为牙种植体的应用。

发明内容

本发明的目的正是针对上述现有技术中所存在的问题与不足，提供了在纯钛表面获取一种超润湿性褶皱孔槽状二氧化钛薄膜的制备工艺，该工艺应简单，制备温度低，效率高；所得到的具有超润湿性且没有裂纹的褶皱孔槽状二氧化钛薄膜作为新一代牙种植体的表面改性层来说，应能承受大的咬合力，缩短植入愈合期。