[发明专利]一种纯钛微弧氧化涂层及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种纯钛微弧氧化涂层及其应用。

背景技术

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（Microarc oxidation，MAO）又称微等离子体氧化（Microplasma oxidation，MPO），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Si、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。

发明内容

本发明的目的是提供一种纯钛微弧氧化涂层及其应用。

本发明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2μm。

本发明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。

本发明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℃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发明的保护范围。

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发明的保护范围。

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发明的保护范围。

本发明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，本发明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，而本发明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-E1Subclone14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。