[发明专利]一种TiNb合金的表面生物活化处理方法

说明书

技术领域

本发明属于纳米材料和生物材料技术领域，具体涉及一种TiNb合金的表面生物活化处理方法。

背景技术

生物医用钛合金由于具有优异的力学性能和良好的耐蚀性而被广泛用作人体骨和牙齿等硬组织的修复和替换材料。然而，目前使用的医用钛合金还存在许多不足，如含有Al、V等有毒元素，弹性模量高等。因此开发具有良好生物相容性和更低弹性模量的外科植入用新型钛合金成为解决这一问题的有效途径。

TiNb合金是一种新型的β钛合金，具有与人体骨骼更接近的弹性模量，因而能显著减弱植入件与周围组织间的应力屏蔽效应，延长植入体材料的使用寿命。同时该合金不含有任何对人体有毒的元素，显示出良好的应用前景。尽管TiNb合金具有优异的综合力学性能，但与其他钛系合金一样，TiNb合金本身仍然属于生物惰性材料。即TiNb合金表面自发形成的氧化膜是一层惰性的致密钝化层，其诱导磷酸盐沉积的能力极差，在与人体组织接触时，难于与骨组织形成化学键性结合。而植入体与骨组织建立在生物组织学上的直接结合（骨性结合）是植入体治疗的最终目标，也是植入体长期植入能否成功的先决条件。

因此，采用合适的方法对TiNb合金进行表面改性是赋予其具有生物活性的前提。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种制备成本低，操作简单，便于工业放大的TiNb合金的表面生物活化处理方法。采用该方法制备的TiO₂薄膜材料由纳米片自组装而成，在TiNb合金表面形成了均匀的多孔微球，具有高比表面积和粗糙度，有利于成骨细胞在其表面的粘附、增殖与分化，改善了TiNb合金的生物相容性和生物活性。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种TiNb合金的表面生物活化处理方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、将长度不大于40mm，宽度不大于10mm，厚度不大于2mm的TiNb合金片依次用150#、600#和1000#砂纸打磨光亮，然后将打磨后的TiNb合金片置于无水乙醇中超声除油，再用去离子水清洗后自然风干；

步骤二、将步骤一中风干后的TiNb合金片放入装有双氧水和氢氟酸混合水溶液的带聚四氟乙烯内衬的水热釜中，然后将水热釜密封后置于烘箱中，在温度为160℃～200℃的条件下水热反应6h～24h；所述混合水溶液中氢氟酸的浓度为0.032mol/L～0.097mol/L；所述混合水溶液中双氧水的体积百分含量为15%～40%；

步骤三、将步骤二中反应结束后的水热釜从烘箱中取出，自然冷却后将水热反应后的TiNb合金片取出，用去离子水冲洗，自然风干，得到表面覆着具有生物活性的TiO₂薄膜的TiNb合金片。

上述的一种TiNb合金的表面生物活化处理方法，步骤一中所述TiNb合金片中Nb的质量百分含量为10%～40%，余量为Ti和其他不可避免的杂质。

上述的一种TiNb合金的表面生物活化处理方法，步骤二中所述水热釜的体积填充度为60%～80%。

上述的一种TiNb合金的表面生物活化处理方法，步骤三中所述的TiO₂薄膜为由纳米片自组装成的多孔微球体。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明的表面活化处理方法成本低，操作简单，便于工业放大。

2、采用本发明方法制备的TiO₂薄膜材料由纳米片自组装而成，在TiNb合金表面形成了均匀的多孔微球，具有高比表面积和粗糙度，有利于成骨细胞在其表面的粘附、增殖与分化，改善了TiNb合金的生物相容性和生物活性。

3、采用本发明方法制备的TiO₂薄膜具有以锐钛矿占优的晶相组成，TiO₂薄膜中Nb元素固溶在TiO₂的晶格中。

4、采用本发明方法制备的TiO₂薄膜材料晶化程度高，晶格发育完善，无须后续热处理步骤即可作为生物活性材料诱导羟基磷灰石的生成。

5、采用本发明方法制备的多孔微球状TiO₂薄膜材料能有效缓解TiNb合金基体与骨组织之间因界面突变引起的性能差异，提高了骨组织在基体上的附着强度。

下面结合附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明实施例1制备的TiO₂薄膜的扫描电镜照片。