[发明专利]一种生物结合性纯钛表面微凸起阵列结构的制备方法

说明书

本发明涉及一种生物结合性纯钛表面微凸起阵列结构的制备方法，为了提高纯钛表面的生物结合性，本发明在难以用微铣加工的纯钛表面实现了微凸起阵列结构的加工，使用一种新的电化学刻蚀方法，高效地在曲面钛表面加工出表面微纳米结构，微凸起阵列的尺寸范围可以很大，每个凸起大小为100‑300μm，高度最大达到140μm，微凸起阵列的尺寸精度不高，在微凸起之间存在更小尺度微纳米粗糙表面结构，有益于生物细胞与钛金属植入体间生物结合性的增强，本发明在无热影响的基础上，能够高效地在晶粒细化的曲面纯钛表面加工出微米结构的凸起阵列结构，达到增强生物结合性和细胞黏附性的目的。

技术领域

本发明属于3D-电化学刻蚀领域，更具体地说，本发明涉及一种生物结合性纯钛表面微凸起阵列结构的制备方法。

背景技术

由于钛金属与人体骨组织之间优良生物相容性和结合性，钛可以作为植入性假肢的主要材料。经过大塑性变形处理的纯钛具有良好的成骨细胞和成纤维细胞的附着性，然而，植入钛的生物结合性还需要在细晶化基础上，在钛表面制备开放的多孔或微纳米结构。

现有的激光加工、等离子表面刻蚀或聚焦离子束刻蚀(FIB)等方法基于高温过程，对加工对象的组织和性能产生不利影响。

现有的室温表面微加工方法：微铣、放电微细加工(EDM)和电解微细加工(ECM，电极间短距离的电化学加工方法)，这些方法均适用于室温加工，但是应用微铣方法表面加工钛凸起阵列困难，这是由于钛的硬度高，微铣过程中刀具常常断裂，加工出的凸起最高高度仅5μm，使用微铣方法加工精度高，加工后表面光滑，但是无益于生物结合性的提高；现有的放电加工(EDM)和微电解加工(ECM)方法可用于难加工材料的表面阵列制备，但是多数用于钛表面孔阵列的加工，少数应用EDM方法加工钛凸起阵列的方法存在加工速度慢，效率低等缺点。

现有的EDM方法可以用来钛表面微凸起阵列的加工，但是这种方法的缺点是加工周期长，效率较低。现有的ECM法可以提高加工的效率，缩短在纯钛表面加工微米结构阵列的时间。但是现有的工艺主要是在纯钛表面加工出微坑阵列，需要微电极阵列，电极在加工过程中存在较大损耗。

发明内容

本发明所要解决的问题是提供一种生物结合性纯钛表面微凸起阵列结构的制备方法。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种生物结合性纯钛表面微凸起阵列结构的制备方法，包括如下步骤：

(1)曲面加工

用线切割方法将片状纯钛的一面加工成曲面，并对曲面进行机械研磨和抛光，获得具有一定光洁度的曲面，以备后续胶层的粘附；

(2)掩模板加工

根据所需制备微凸起阵列的形状和尺寸，设计一定掩模板的图案形状和尺寸，掩模板的加工采用0.2-0.4mm厚不锈钢薄片激光切割加工制得；

(3)掩模曝光

在纯钛曲面表面涂覆耐蚀性光敏胶层，所述光敏胶由SU-8光刻胶中添加增黏剂制得，可防止在电化学刻蚀过程中胶层被化学反应产生的液流冲走，并将掩模板覆盖在曲面的纯钛表面，进行曝光处理；

(4)光刻胶层的显影

利用光线照射胶层，被照射和未被照射的胶层与显影液的反应不同，使有光线照射的胶层部分被腐蚀和溶解，而未照射胶层部分留下，形成凸起的位置；

(5)电化学侵蚀

将进行了光刻胶处理的曲面Ti片作为阳极，铂片作为阴极，以1M的NaBr水溶液作为电解液，进行电化学的腐蚀，所述阴极和阳极间的距离为60mm，施加的直流电源电压为6-15V，电化学腐蚀试验的时间为1-3min。

优选的，所述步骤(3)光敏胶层的厚度为10-20μm。