一種具有微量元素緩釋功能的醫用鈦或鈦合金植入材料及其製備方法和應用的製作方法

2023-10-22 20:01:52 2

專利名稱：一種具有微量元素緩釋功能的醫用鈦或鈦合金植入材料及其製備方法和應用的製作方法
技術領域：
本發明屬於醫用鈦及鈦合金表面納米生物塗層技術領域。具體涉及一種具有微量元素緩釋功能的醫用鈦或鈦合金植入材料及其製備方法和應用。
背景技術：
近年來，隨著人口老齡化的加快，骨質疏鬆性骨折逐年增加，同時骨髓炎、骨關節炎以及工傷、交通事故引起的骨缺損和骨折等在也呈逐年上升的趨勢，硬組織植入材料在臨床中需求量以每年10-15%的速度高速增長(K. A. Hing, Bone repair in thetwenty-first century: biology, chemistry or engineering, Phil. Trans. R. Soc.Lond. A 2004,362, 2821-2850.)。該領域研究所具有的深遠社會影響和巨大經濟效益是顯而易見的。鈦及其合金是臨床中廣泛使用的骨組織修復和替代材料(X. Y. Liu, P. K. Chu,C. X. Ding, Surface modification of titanium, titanium alloys, and relatedmaterials for biomedical application, Mater. Sci. Eng. R 2004, 47, 49)。才目I匕於不鏽鋼(189-205GPa)和Co-Cr合金(230GPa)，鈦及鈦合金的彈性模量(105_117GPa)更接近於人骨(3-20GPa)，有利於降低植入體與人骨界面的應力屏蔽，防止周圍骨品質的惡化和假體的鬆動。同時鈦無毒性，具有良好的抗腐蝕性能和生物相容性。因而在骨折固定器(骨板、骨釘)、人工關節(骨關節柄、髖關節、肘關節假體、膝關節股骨、肩關節等)等骨科以及牙齒植體等牙科臨床中得到了廣泛應用。而目前醫用鈦植入體材料在臨床使用過程中，細菌感染問題是導致植入手術失敗的主要原因之一。因此，如何提高鈦植入體材料的抗細菌感染的能力成為目前亟待解決的難題。

發明內容
本發明旨在改善現有技術缺陷，目的是提供一種可提高鈦植入體材料抗細菌感染能力的具有微量元素緩釋功能的醫用鈦或鈦合金植入材料及其製備方法和應用。為實現上述目的，本發明採用的技術方案是
一種具有微量元素緩釋功能的醫用鈦或鈦合金植入材料，其特徵在於，它包括含鈦金屬基底，以及在所述含鈦金屬基底表面設置的納米管生物塗層，所述納米管生物塗層可緩釋微量元素Sr、Mg、或Zn中的一種或者任意兩種以上的混合。—種具有微量元素緩釋功能的醫用鈦或鈦合金植入材料的製備方法，其特徵在於，它包括以下步驟
1)將打磨和拋光後的含鈦金屬片作為陽極置入電解液中進行陽極氧化；
2)將陽極氧化後的含鈦金屬片衝洗乾燥後在10(T500°C的溫度下熱處理f3h小時，自然冷卻後超聲清洗乾燥；3)將乾燥後的含鈦金屬片置於氫氧化鍶、乙酸鍶、乙酸鋅、或乙酸鎂中的一種或者任意兩種以上的混合溶液中，在10(T30(TC條件下於密閉容器中水熱反應O. 5^12h,自然冷卻，取出清洗乾燥後在450-550°C的溫度下熱處理f 3h，即得到具有微量元素緩釋功能的醫用鈦或鈦合金植入材料。上述方案中，所述步驟I)中陽極氧化的電壓為5飛0V，陽極氧化的時間為O. 5飛小時，電解液為O. I O. 5 wt%的氟化物、I 5 wt%的H2O, Γ5 wt%的CH3OH和90 97· 5 wt%的乙二醇的混合溶液。上述方案中，所述的氟化物為KF、NaF, NH4F、或HF中的一種或者任意兩種以上的混合。上述方案中，所述的含鈦金屬片的鈦含量為5(T99. 99wt%0上述方案中，所述步驟I)中的拋光是先將打磨後的含鈦金屬片分別用乙醇、丙酮·和蒸餾水先後進行超聲清洗，再在HF =HNO3 =H2O的體積比為I : (2飛)(4^7)的溶液中進行化學拋光，化學拋光的時間為3 IOmin ;然後用蒸餾水清洗，用氮氣吹乾。上述方案中，所述步驟2)中的熱處理是將含鈦金屬片置於烘箱內，在空氣中進行；所述的超聲清洗是依次在甲醇與水的混合溶液和蒸餾水的溶液中超聲清洗5min。上述方案中，所述步驟3)中的氫氧化鍶溶液的濃度為O. 005、. 025 mol/L,乙酸鍶溶液的濃度為O. θΓθ. 4 mol/L、乙酸鋅溶液的濃度為O. θΓθ. 6 mol/L、乙酸鎂溶液的濃度為 0. θΓθ. 6 mol/L。上述具有微量元素緩釋功能的醫用鈦或鈦合金植入材料的製備方法所製備得到的具有微量元素緩釋功能的醫用鈦或鈦合金植入材料。一種具有微量元素緩釋功能的醫用鈦或鈦合金植入材料在生物硬組織修復中的應用。本發明的原理如下
I. Sr.Zn.Mg是骨組織的必需微量元素，同時Sr元素能夠抑制骨轉換，促進骨生成，並能促進成骨細胞複製，分化及骨基質礦化，能有效的治療骨質疏鬆症；Zn可促進骨細胞分化標誌性酶，鹼性磷酸酶的輔基活性，促進成骨分化，加速骨組織生長，促進骨組織癒合，適量的鋅在促進骨細胞生長的同時，也具有良好的抗菌性能;Mg能促進骨組織細胞的形成，促進鹼性磷酸酶活性，並促進維生素D羥化過程，這樣便促進了對鈣的吸收的能力，促進骨組織癒合。總之，Sr、Zn、Mg微量元素能不同程度的促進骨細胞的生物活性，加速骨組生長、織愈。因此，將Sr、Zn、Mg微量元素引入到鈦植入體中，其釋放出來的Sr、Zn、Mg微量元素必將提高鈦植入體材料的抗細菌感染的能力。2.本發明以陽極氧化在鈦基底上製備的二氧化鈦納米管為模板，在氫氧化鍶或者乙酸鍶，乙酸鋅，乙酸鎂的溶液中，通過簡單的水熱的方法，在含鈦金屬片表面分別得到具有微量元素(Sr，Mg，Zn)緩釋功能的納米管生物塗層，通過簡易的控制水熱的溫度和時間，可實現微量元素(Sr，Mg，Zn)在納米管上的負載量的可控制備。本發明與現有技術相比具有以下有益效果
I、本發明在含鈦金屬基底上製備的一類具有微量元素(Sr，Mg，Zn)緩釋功能的納米管生物塗層，其長久地釋放微量元素，同時和納米管的雙重作用，能增強骨癒合和骨整合的能力，使醫用鈦植入體表面獲得良好的生物活性，增強抗細菌感染的能力，提高鈦植入材料手術的成功率，因此在鈦植入體材料中具有潛在的應用前景。2、本發明在含鈦金屬基底上製備的一類具有微量元素緩釋功能的納米管生物塗層，以TiO2納米管為模板，可簡單的通過控制水熱反應的溫度和時間，實現了微量元素在納米管中含量的可控，實現微量元素緩釋的可控調節，並能通過簡單的控制電化學陽極氧化的條件來控制TiO2納米管的形貌，從而實現了對具有微量元素緩釋功能的納米管生物塗層形貌的可控調節，使其擁有最佳的生物活性。3、本發明在含鈦金屬基底上製備的一類具有微量元素緩釋功能的納米管生物塗層，採用電化學陽極氧化和水熱法，並在8(T30(TC較低溫度下製備而得到，其工藝條件簡單，成本低。4、本發明充分利用了二氧化鈦納米管中含有大量較高活性的鈦的亞氧化物，及在納米管內部反應活性高的特點，因此可在溫和的水熱溶液中，及較低的水熱反應溫度下製備得到一類具有微量元素緩釋功能的納米管生物塗層。5.本發明製備的具有微量元素緩釋功能的鈦合金作為植入體材料，既具有接近人骨的彈性模量，與人體關節在力學上形成良好的匹配，還能夠在植入之後長期緩釋多種有益的微量元素，提高鈦植入體材料的抗細菌感染的能力，促進骨細胞的生長、分化和骨組織的癒合。因此，本發明開闢了一條合成一類具有微量元素緩釋功能的納米管生物塗層的新路線，其方法簡單可靠，實現了對具有微量元素緩釋功能的納米管生物塗層形貌的可控調節，及微量元素在納米管中含量的可控調節，可大大提高鈦植入體材料手術的成功率，具有潛在的應用價值和經濟效應。


圖I是實施例I所製備的具有微量元素Sr緩釋功能的醫用鈦或鈦合金植入材料的掃描電鏡照片；
圖2為實施例I所製備得到的具有微量元素Sr緩釋功能的醫用鈦或鈦合金植入材料的X射線衍射圖譜；
圖3是實施例13所製備得到的具有微量元素Zn緩釋功能的醫用鈦或鈦合金植入材料的掃描電鏡照片；
圖4為實施例13所製備得到的具有微量元素Zn緩釋功能的醫用鈦或鈦合金植入材料的X射線衍射圖譜；
圖5為實施例19中所製備得到的具有微量元素Mg緩釋功能的醫用鈦或鈦合金植入材料的掃描電鏡照片；
圖6為實施例19中所製備得到的具有微量元素Mg緩釋功能的醫用鈦或鈦合金植入材料的特徵X射線能譜 圖7為實施例I和實施例13所製備的具有微量元素緩釋功能的醫用鈦或鈦合金植入材料的緩釋曲線；
圖8為實施例I和實施例13所製備的具有微量元素Sr(NT-Sr)和Zn(NT-Zn)緩釋功能的醫用鈦或鈦合金植入材料的納米管生物塗層、TiO2納米管(NT)塗層與金屬鈦(Ti)的細胞增殖圖；·圖9為實施例I和實施例13所製備的具有微量元素Sr(NT-Sr)和Zn(NT-Zn)緩釋功能的醫用鈦或鈦合金植入材料的納米管生物塗層、TiO2納米管塗層與金屬鈦的鹼性磷酸酶(ALP)活性對比 圖10為實施例13所製備的具有微量元素Zn緩釋功能的醫用鈦或鈦合金植入材料的納米管生物塗層對其表面粘附細菌的抗菌性率-時間圖。
具體實施例方式下面通過結合附圖和具體實施方式
對本發明做了進一步說明。以下實施例不構成對本發明的限定。為避免重複，先將本具體實施方式
所涉及到的含鈦金屬片的拋光工藝統一描述如下，以下具體實施例中不再贅述
含鈦金屬片的鈦含量為50 99. 99wt%。 拋光是先將打磨後的含鈦金屬片分別用乙醇、丙酮和蒸餾水先後進行超聲清洗，再在HF =HNO3 =H2O的體積比為I : (2 5) (4^7)的溶液中進行化學拋光，化學拋光的時間為3 IOmin ;然後用蒸懼水清洗,用氮氣吹乾。電解液為O. Γ0. 5 wt% 的氟化物、I 5 wt% 的 H2O, I 5 wt% 的 CH3OH和 90 97· 5 wt%的乙二醇的混合溶液。所述的氟化物為KF、NaF、NH4F、或HF中的一種或者任意兩種以上的混合。超聲清洗是將陽極氧化後的含鈦金屬片從電解液中取出置於烘箱內，在空氣中於100^5000c的溫度下熱處理f 3h小時，冷卻後取出，依次在甲醇與水的混合溶液和蒸餾水的溶液中超聲清洗5min。實施例I
一種具有微量元素Sr緩釋功能的醫用鈦或鈦合金植入材料及其製備方法。將含鈦金屬片作為陽極置入電解液中進行陽極氧化，陽極氧化的電壓為4(T60V，陽極氧化的時間為O. 5^4小時；再將陽極氧化後的含鈦金屬片衝洗乾燥後在10(T30(TC的溫度下熱處理r3h小時，自然冷卻後超聲清洗乾燥然後置於O. 005、. 015 mol/L的氫氧化鍶溶液中，在10(Γ200 條件下於密閉容器中水熱反應O. 5^3h,自然冷卻，取出清洗乾燥後在450-550°C的溫度下熱處理f3h，在含鈦金屬片表面得到一類具有微量元素Sr緩釋功能的納米管生物塗層，其持續釋放微量元素Sr (如圖7所示)，能一定程度促進細胞增殖及細胞分化(如圖8，9所示)，提高了鈦植入體表面的生物活性，大大提高了其骨整合和癒合的能力，能有效的提高抗細菌的感染能力，增加其手術的成功率。實施例2
一種具有微量元素Sr緩釋功能的醫用鈦或鈦合金植入材料及其製備方法。將含鈦金屬片作為陽極置入電解液中進行陽極氧化，陽極氧化的電壓為4(T60V，陽極氧化的時間為O. 5^4小時；再將陽極氧化後的含鈦金屬片衝洗乾燥後在20(T50(TC的溫度下熱處理f3h小時，自然冷卻後超聲清洗乾燥然後置於O. 015、. 025 mol/L的氫氧化鍶溶液中，在15(T300°C條件下於密閉容器中水熱反應l 6h，自然冷卻，取出清洗乾燥後在450-550°C的溫度下熱處理f3h，在含鈦金屬片表面得到一類具有微量元素Sr緩釋功能的納米管生物塗層，其持續釋放微量元素Sr，能一定程度促進細胞增殖及細胞分化，提高了鈦植入體表面的生物活性，大大提高了其骨整合和癒合的能力，能有效的提高抗細菌的感染能力，增加其手術的成功率。實施例3
一種具有微量元素Sr緩釋功能的醫用鈦或鈦合金植入材料及其製備方法。將含鈦金屬片作為陽極置入電解液中進行陽極氧化，陽極氧化的電壓為2(T40V，陽極氧化的時間為O. 5^4小時；再將陽極氧化後的含鈦金屬片衝洗乾燥後在10(T30(TC的溫度下熱處理r3h小時，自然冷卻後超聲清洗乾燥然後置於O. 005、. 015 mol/L的氫氧化鍶溶液中，在10(T20(TC條件下於密閉容器中水熱反應O. 5^3h,自然冷卻，取出清洗乾燥後在450-550°C的溫度下熱處理f3h，在含鈦金屬片表面得到一類具有微量元素Sr緩釋功能的納米管生物塗層，其持續釋放微量元素Sr，能一定程度促進細胞增殖及細胞分化，提高了鈦植入體表面的生物活性，大大提高了其骨整合和癒合的能力，能有效的提高抗細菌的感染能力，增加其手術的成功率。實施例4
一種具有微量元素Sr緩釋功能的醫用鈦或鈦合金植入材料及其製備方法。將含鈦金屬片作為陽極置入電解液中進行陽極氧化，陽極氧化的電壓為2(T40V，陽極氧化的時間為O. 5^4小時；再將陽極氧化後的含鈦金屬片衝洗乾燥後在20(T50(TC的溫度下熱處理f3h小時，自然冷卻後超聲清洗乾燥然後置於O. 015、. 025 mol/L的氫氧化鍶溶液中，在15(T300°C條件下於密閉容器中水熱反應l 6h，自然冷卻，取出清洗乾燥後在450-550°C的溫度下熱處理f3h，在含鈦金屬片表面得到一類具有微量元素Sr緩釋功能的納米管生物塗層，其持續釋放微量元素Sr，能一定程度促進細胞增殖及細胞分化，提高了鈦植入體表面的生物活性，大大提高了其骨整合和癒合的能力，能有效的提高抗細菌的感染能力，增加其手術的成功率。實施例5
一種具有微量元素Sr緩釋功能的醫用鈦或鈦合金植入材料及其製備方法。將含鈦金屬片作為陽極置入電解液中進行陽極氧化，陽極氧化的電壓為5 20V，陽極氧化的時間為O. 5飛小時；再將陽極氧化後的含鈦金屬片衝洗乾燥後在10(T30(TC的溫度下熱處理r3h小時，自然冷卻後超聲清洗乾燥然後置於O. 005、. 015 mol/L的氫氧化鍶溶液中，在·10(T20(TC條件下於密閉容器中水熱反應O. 5^3h,自然冷卻，取出清洗乾燥後在450-550°C的溫度下熱處理f3h，在含鈦金屬片表面得到一類具有微量元素Sr緩釋功能的納米管生物塗層，其持續釋放微量元素Sr，能一定程度促進細胞增殖及細胞分化，提高了鈦植入體表面的生物活性，大大提高了其骨整合和癒合的能力，能有效的提高抗細菌的感染能力，增加其手術的成功率。實施例6
一種具有微量元素Sr緩釋功能的醫用鈦或鈦合金植入材料及其製備方法。將含鈦金屬片作為陽極置入電解液中進行陽極氧化，陽極氧化的電壓為5 20V，陽極氧化的時間為O. 5飛小時；再將陽極氧化後的含鈦金屬片衝洗乾燥後在20(T50(TC的溫度下熱處理r3h小時，自然冷卻後超聲清洗乾燥然後置於O. 015、. 025 mol/L的氫氧化鍶溶液中，在15(T300°C條件下於密閉容器中水熱反應l 6h，自然冷卻，取出清洗乾燥後在450-550°C的溫度下熱處理f3h，在含鈦金屬片表面得到一類具有微量元素Sr緩釋功能的納米管生物塗層，其持續釋放微量元素Sr，能一定程度促進細胞增殖及細胞分化，提高了鈦植入體表面的生物活性，大大提高了其骨整合和癒合的能力，能有效的提高抗細菌的感染能力，增加其手術的成功率。實施例7
一種具有微量元素Sr緩釋功能的醫用鈦或鈦合金植入材料及其製備方法。將含鈦金屬片作為陽極置入電解液中進行陽極氧化，陽極氧化的電壓為4(T60V，陽極氧化的時間為O. 5^4小時；再將陽極氧化後的含鈦金屬片衝洗乾燥後在10(T20(TC的溫度下熱處理f 3h小時，自然冷卻後超聲清洗乾燥然後置於O. 0Γ0. 2 mol/L的乙酸鍶溶液中，在10(T20(TC條件下於密閉容器中水熱反應O. 5飛h，自然冷卻，取出清洗乾燥後在450-550°C的溫度下熱處理f3h，在含鈦金屬片表面得到一類具有微量元素Sr緩釋功能的納米管生物塗層，其持續釋放微量元素Sr，能一定程度促進細胞增殖及細胞分化，提高了鈦植入體表面的生物活性，大大提高了其骨整合和癒合的能力，能有效的提高抗細菌的感染能力，增加其手術的成功率。 實施例8
一種具有微量元素Sr緩釋功能的醫用鈦或鈦合金植入材料及其製備方法。將含鈦金屬片作為陽極置入電解液中進行陽極氧化，陽極氧化的電壓為4(T60V，陽極氧化的時間為O. 5^4小時；再將陽極氧化後的含鈦金屬片衝洗乾燥後在15(T30(TC的溫度下熱處理f 3h小時，自然冷卻後超聲清洗乾燥然後置於O. Γ0. 4 mol/L的乙酸鍶溶液中，在15(T300°C條件下於密閉容器中水熱反應3 12h，自然冷卻，取出清洗乾燥後在450-550°C的溫度下熱處理f3h，在含鈦金屬片表面得到一類具有微量元素Sr緩釋功能的納米管生物塗層，其持續釋放微量元素Sr，能一定程度促進細胞增殖及細胞分化，提高了鈦植入體表面的生物活性，大大提高了其骨整合和癒合的能力，能有效的提高抗細菌的感染能力，增加其手術的成功率。實施例9
一種具有微量元素Sr緩釋功能的醫用鈦或鈦合金植入材料及其製備方法。將含鈦金屬片作為陽極置入電解液中進行陽極氧化，陽極氧化的電壓為2(T40V，陽極氧化的時間為O. 5^4小時；再將陽極氧化後的含鈦金屬片衝洗乾燥後在10(T20(TC的溫度下熱處理f 3h小時，自然冷卻後超聲清洗乾燥然後置於O. 0Γ0. 2 mol/L的乙酸鍶溶液中，在10(T20(TC條件下於密閉容器中水熱反應0. 5飛h，自然冷卻，取出清洗乾燥後在450-550°C的溫度下熱處理f3h，在含鈦金屬片表面得到一類具有微量元素Sr緩釋功能的納米管生物塗層，其持續釋放微量元素Sr，能一定程度促進細胞增殖及細胞分化，提高了鈦植入體表面的生物活性，大大提高了其骨整合和癒合的能力，能有效的提高抗細菌的感染能力，增加其手術的成功率。實施例10
一種具有微量元素Sr緩釋功能的醫用鈦或鈦合金植入材料及其製備方法。將含鈦金屬片作為陽極置入電解液中進行陽極氧化，陽極氧化的電壓為2(T40V，陽極氧化的時間為0. 5^4小時；再將陽極氧化後的含鈦金屬片衝洗乾燥後在15(T30(TC的溫度下熱處理f 3h小時，自然冷卻後超聲清洗乾燥然後置於0. Γ0. 4 mol/L的乙酸鍶溶液中，在15(T300°C條件下於密閉容器中水熱反應3 12h，自然冷卻，取出清洗乾燥後在450-550°C的溫度下熱處理f3h，在含鈦金屬片表面得到一類具有微量元素Sr緩釋功能的納米管生物塗層，其持續釋放微量元素Sr，能一定程度促進細胞增殖及細胞分化，提高了鈦植入體表面的生物活性，大大提高了其骨整合和癒合的能力，能有效的提高抗細菌的感染能力，增加其手術的成功率。實施例11
一種具有微量元素Sr緩釋功能的醫用鈦或鈦合金植入材料及其製備方法。將含鈦金屬片作為陽極置入電解液中進行陽極氧化，陽極氧化的電壓為5 20V，陽極氧化的時間為O. 5飛小時；再將陽極氧化後的含鈦金屬片衝洗乾燥後在10(T200°C的溫度下熱處理f3h小時，自然冷卻後超聲清洗乾燥然後置於O. 0Γ0. 2 mol/L 的乙酸鍶溶液中，在10(T20(TC條件下於密閉容器中水熱反應O. 5飛h，自然冷卻，取出清洗乾燥後在450-550°C的溫度下熱處理f3h，在含鈦金屬片表面得到一類具有微量元素Sr緩釋功能的納米管生物塗層，其持續釋放微量元素Sr，能一定程度促進細胞增殖及細胞分化，提高了鈦植入體表面的生物活性，大大提高了其骨整合和癒合的能力，能有效的提高抗細菌的感染能力，增加其手術的成功率。實施例12
一種具有微量元素Sr緩釋功能的醫用鈦或鈦合金植入材料及其製備方法。將含鈦金屬片作為陽極置入電解液中進行陽極氧化，陽極氧化的電壓為5 20V，陽極氧化的時間為O. 5飛小時；再將陽極氧化後的含鈦金屬片衝洗乾燥後在15(T300°C的溫度下熱處理f3h小時，自然冷卻後超聲清洗乾燥然後置於O. Γ0. 4 mol/L的乙酸鍶溶液中，在15(T300°C條件下於密閉容器中水熱反應Tl2h，自然冷卻，取出清洗乾燥後在450-550°C的溫度下熱處理f3h，在含鈦金屬片表面得到一類具有微量元素Sr緩釋功能的納米管生物塗層，其持續釋放微量元素Sr，能一定程度促進細胞增殖及細胞分化，提高了鈦植入體表面的生物活性，大大提高了其骨整合和癒合的能力，能有效的提高抗細菌的感染能力，增加其手術的成功率。實施例13
一種具有微量元素Zn緩釋功能的醫用鈦或鈦合金植入材料及其製備方法。將含鈦金屬片作為陽極置入電解液中進行陽極氧化，陽極氧化的電壓為4(T60V，陽極氧化的時間為O. 5^4小時；再將陽極氧化後的含鈦金屬片衝洗乾燥後在10(T20(TC的溫度下熱處理f 3h小時，自然冷卻後超聲清洗乾燥然後置於O. 0Γ0. 2 mol/L的乙酸鋅溶液中，在10(T20(TC條件下於密閉容器中水熱反應3 12h，自然冷卻，取出清洗乾燥後在450-550°C的溫度下熱處理f 3h，在含鈦金屬片表面得到一類具有微量元素Zn緩釋功能的納米管生物塗層，其持續釋放微量元素Zn (如圖，7所示)，能一定程度促進細胞增殖及細胞分化(如圖8、9所示)，提高了鈦植入體表面的生物活性，大大提高了其骨整合和癒合的能力，同時釋放的Zn具有良好的抗菌性能(如圖10所示)，兩者雙重作用能有效的改善鈦植入體的抗細菌的感染能力，增加其手術的成功率。實施例14
一種具有微量元素Zn緩釋功能的醫用鈦或鈦合金植入材料及其製備方法。將含鈦金屬片作為陽極置入電解液中進行陽極氧化，陽極氧化的電壓為4(T60V，陽極氧化的時間為0. 5^4小時；再將陽極氧化後的含鈦金屬片衝洗乾燥後在15(T30(TC的溫度下熱處理f 3h小時，自然冷卻後超聲清洗乾燥然後置於O. Γ0.6 mol/L的乙酸鋅溶液中，在15(T300°C條件下於密閉容器中水熱反應O. 5飛h，自然冷卻，取出清洗乾燥後在450-550°C的溫度下熱處理f3h，在含鈦金屬片表面得到一類具有微量元素Zn緩釋功能的納米管生物塗層，其持續釋放微量元素Zn，能一定程度促進細胞增殖及細胞分化，提高了鈦植入體表面的生物活性，大大提高了其骨整合和癒合的能力，，同時釋放的Zn具有良好的抗菌性能，兩者雙重作用能有效的改善鈦植入體的抗細菌的感染能力，增加其手術的成功率。實施例15
一種具有微量元素Zn緩釋功能的醫用鈦或鈦合金植入材料及其製備方法。將含鈦金屬片作為陽極置入電解液中進行陽極氧化，陽極氧化的電壓為2(T40V，陽極氧化的時間為O. 5^4小時；再將陽極氧化後的含鈦金屬片衝洗乾燥後在10(T20(TC的溫度下熱處理f 3h小時，自然冷卻後超聲清洗乾燥然後置於O. 0Γ0. 2 mol/L的乙酸鋅溶液中，在10(T20(TC條件下於密閉容器中水熱反應:Tl2h，自然冷卻，取出清洗乾燥後在450-550°C的溫度下熱處理f3h，在含鈦金屬片表面得到一類具有微量元素Zn緩釋功能的納米管生物塗層，其持續釋放微量元素Zn，能一定程度促進細胞增殖及細胞分化，提高了鈦植入體表面的生物活 性，大大提高了其骨整合和癒合的能力，，同時釋放的Zn具有良好的抗菌性能，兩者雙重作用能有效的改善鈦植入體的抗細菌的感染能力，增加其手術的成功率。實施例16
一種具有微量元素Zn緩釋功能的醫用鈦或鈦合金植入材料及其製備方法。將含鈦金屬片作為陽極置入電解液中進行陽極氧化，陽極氧化的電壓為2(T40V，陽極氧化的時間為O. 5^4小時；再將陽極氧化後的含鈦金屬片衝洗乾燥後在15(T30(TC的溫度下熱處理f 3h小時，自然冷卻後超聲清洗乾燥然後置於O. Γ0.6 mol/L的乙酸鋅溶液中，在15(T300°C條件下於密閉容器中水熱反應O. 5飛h，自然冷卻，取出清洗乾燥後在450-550°C的溫度下熱處理f3h，在含鈦金屬片表面得到一類具有微量元素Zn緩釋功能的納米管生物塗層，其持續釋放微量元素Zn，能一定程度促進細胞增殖及細胞分化，提高了鈦植入體表面的生物活性，大大提高了其骨整合和癒合的能力，，同時釋放的Zn具有良好的抗菌性能，兩者雙重作用能有效的改善鈦植入體的抗細菌的感染能力，增加其手術的成功率。實施例17
一種具有微量元素Zn緩釋功能的醫用鈦或鈦合金植入材料及其製備方法。將含鈦金屬片作為陽極置入電解液中進行陽極氧化，陽極氧化的電壓為5 20V，陽極氧化的時間為0. 5飛小時；再將陽極氧化後的含鈦金屬片衝洗乾燥後在10(T200°C的溫度下熱處理f3h小時，自然冷卻後超聲清洗乾燥然後置於0. 0Γ0. 2 mol/L的乙酸鋅溶液中，在10(T20(TC條件下於密閉容器中水熱反應:Tl2h，自然冷卻，取出清洗乾燥後在450-550°C的溫度下熱處理f3h，在含鈦金屬片表面得到一類具有微量元素Zn緩釋功能的納米管生物塗層，其持續釋放微量元素Zn，能一定程度促進細胞增殖及細胞分化，提高了鈦植入體表面的生物活性，大大提高了其骨整合和癒合的能力，，同時釋放的Zn具有良好的抗菌性能，兩者雙重作用能有效的改善鈦植入體的抗細菌的感染能力，增加其手術的成功率。實施例18
一種具有微量元素Zn緩釋功能的醫用鈦或鈦合金植入材料及其製備方法。將含鈦金屬片作為陽極置入電解液中進行陽極氧化，陽極氧化的電壓為5 20V，陽極氧化的時間為O. 5飛小時；再將陽極氧化後的含鈦金屬片衝洗乾燥後在15(T300°C的溫度下熱處理f3h小時，自然冷卻後超聲清洗乾燥然後置於O. Γ0. 6 mol/L的乙酸鋅溶液中，在15(T300°C條件下於密閉容器中水熱反應O. 5飛h，自然冷卻，取出清洗乾燥後在450-550°C的溫度下熱處理f3h，在含鈦金屬片表面得到一類具有微量元素Zn緩釋功能的納米管生物塗層，其持續釋放微量元素Zn，能一定程度促進細胞增殖及細胞分化，提高了鈦植入體表面的生物活性，大大提高了其骨整合和癒合的能力，，同時釋放的Zn具有良好的抗菌性能，兩者雙重作用能有效的改善鈦植入體的抗細菌的感染能力，增加其手術的成功率。實施例19
一種具有微量元素Mg緩釋功能的醫用鈦或鈦合金植入材料及其製備方法。將含鈦金屬片作為陽極置入電解液中進行陽極氧化，陽極氧化的電壓為4(T60V，陽極氧化的時間為O. 5^4小時；再將陽極氧化後的含鈦金屬片衝洗乾燥後在10(T200°C的溫度下熱處理f3h小時，自然冷卻後超聲清洗乾燥然後置於O. 01、. 2 mol/L的乙酸鎂溶液中，在10(T20(TC·條件下於密閉容器中水熱反應:Tl2h，自然冷卻，取出清洗乾燥後在450-550°C的溫度下熱處理f 3h，在含鈦金屬片表面得到一類具有微量元素Mg緩釋功能的納米管生物塗層，其持續釋放微量元素Mg，能一定程度促進細胞增殖及細胞分化，提高了鈦植入體表面的生物活性，大大提高了其骨整合和癒合的能力，改善鈦植入體的抗細菌的感染能力，增加其手術的成功率。實施例20
一種具有微量元素Mg緩釋功能的醫用鈦或鈦合金植入材料及其製備方法。將含鈦金屬片作為陽極置入電解液中進行陽極氧化，陽極氧化的電壓為4(T60V，陽極氧化的時間為O. 5^4小時；再將陽極氧化後的含鈦金屬片衝洗乾燥後在15(T30(TC的溫度下熱處理f 3h小時，自然冷卻後超聲清洗乾燥然後置於O. Γ0. 6 mol/L的乙酸鎂溶液中，在15(T300°C條件下於密閉容器中水熱反應O. 5飛h，自然冷卻，取出清洗乾燥後在450-550°C的溫度下熱處理f3h，在含鈦金屬片表面得到一類具有微量元素Mg緩釋功能的納米管生物塗層，其持續釋放微量元素Mg，能一定程度促進細胞增殖及細胞分化，提高了鈦植入體表面的生物活性，大大提高了其骨整合和癒合的能力，改善鈦植入體的抗細菌的感染能力，增加其手術的成功率。實施例21
一種具有微量元素Mg緩釋功能的醫用鈦或鈦合金植入材料及其製備方法。將含鈦金屬片作為陽極置入電解液中進行陽極氧化，陽極氧化的電壓為2(T40V，陽極氧化的時間為O. 5^4小時；再將陽極氧化後的含鈦金屬片衝洗乾燥後在10(T20(TC的溫度下熱處理f 3h小時，自然冷卻後超聲清洗乾燥然後置於O. 0Γ0. 2 mol/L的乙酸鎂溶液中，在10(T20(TC條件下於密閉容器中水熱反應:Tl2h，自然冷卻，取出清洗乾燥後在450-550°C的溫度下熱處理f 3h，在含鈦金屬片表面得到一類具有微量元素Mg緩釋功能的納米管生物塗層，其持續釋放微量元素Mg，能一定程度促進細胞增殖及細胞分化，提高了鈦植入體表面的生物活性，大大提高了其骨整合和癒合的能力，改善鈦植入體的抗細菌的感染能力，增加其手術的成功率。實施例22
一種具有微量元素Mg緩釋功能的醫用鈦或鈦合金植入材料及其製備方法。將含鈦金屬片作為陽極置入電解液中進行陽極氧化，陽極氧化的電壓為2(T40V，陽極氧化的時間為
O.5^4小時；再將陽極氧化後的含鈦金屬片衝洗乾燥後在15(T30(TC的溫度下熱處理f 3h小時，自然冷卻後超聲清洗乾燥然後置於O. Γ0. 6 mol/L的乙酸鎂溶液中，在15(T300°C條件下於密閉容器中水熱反應O. 5飛h，自然冷卻，取出清洗乾燥後在450-550°C的溫度下熱處理f 3h，在含鈦金屬片表面得到一類具有微量元素Mg緩釋功能的納米管生物塗層，其持續釋放微量 元素Mg，能一定程度促進細胞增殖及細胞分化，提高了鈦植入體表面的生物活性，大大提高了其骨整合和癒合的能力，改善鈦植入體的抗細菌的感染能力，增加其手術的成功率。實施例23
一種具有微量元素Mg緩釋功能的醫用鈦或鈦合金植入材料及其製備方法。將含鈦金屬片作為陽極置入電解液中進行陽極氧化，陽極氧化的電壓為5 20V，陽極氧化的時間為
O.5飛小時；再將陽極氧化後的含鈦金屬片衝洗乾燥後在10(T200°C的溫度下熱處理f3h小時，自然冷卻後超聲清洗乾燥然後置於O. 01、. 2 mol/L的乙酸鎂溶液中，在10(T20(TC條件下於密閉容器中水熱反應3 12h，自然冷卻，取出清洗乾燥後在450-550°C的溫度下熱處理f 3h，在含鈦金屬片表面得到一類具有微量元素Mg緩釋功能的納米管生物塗層，其持續釋放微量元素Mg，能一定程度促進細胞增殖及細胞分化，提高了鈦植入體表面的生物活性，大大提高了其骨整合和癒合的能力，改善鈦植入體的抗細菌的感染能力，增加其手術的成功率。實施例24
一種具有微量元素Mg緩釋功能的醫用鈦或鈦合金植入材料及其製備方法。將含鈦金屬片作為陽極置入電解液中進行陽極氧化，陽極氧化的電壓為2(T40V，陽極氧化的時間為
O.5飛小時；再將陽極氧化後的含鈦金屬片衝洗乾燥後在15(T30(TC的溫度下熱處理f 3h小時，自然冷卻後超聲清洗乾燥然後置於O. Γ0. 6 mol/L的乙酸鎂溶液中，在15(T300°C條件下於密閉容器中水熱反應O. 5飛h，自然冷卻，取出清洗乾燥後在450-550°C的溫度下熱處理f3h，在含鈦金屬片表面得到一類具有微量元素Mg緩釋功能的納米管生物塗層，其持續釋放微量元素Mg，能一定程度促進細胞增殖及細胞分化，提高了鈦植入體表面的生物活性，大大提高了其骨整合和癒合的能力，改善鈦植入體的抗細菌的感染能力，增加其手術的成功率。實施例25
一種具有微量元素Mg和Sr緩釋功能的醫用鈦或鈦合金植入材料及其製備方法。將含鈦金屬片作為陽極置入電解液中進行陽極氧化，陽極氧化的電壓為2(T40V，陽極氧化的時間為O. 5飛小時；再將陽極氧化後的含鈦金屬片衝洗乾燥後在15(T300°C的溫度下熱處理f3h小時，自然冷卻後超聲清洗乾燥然後置於O. θΓθ. 2 mol/L的乙酸鎂和0. 01 0. 2mol/L的乙酸鍶混合溶液中，在15(T300°C條件下於密閉容器中水熱反應0.5飛h，自然冷卻，取出清洗乾燥後在450-550°C的溫度下熱處理f 3h，在含鈦金屬片表面得到一類具有微量元素Mg和Sr緩釋功能的納米管生物塗層，其持續釋放微量元素Mg和Sr，能一定程度促進細胞增殖及細胞分化，提高了鈦植入體表面的生物活性，大大提高了其骨整合和癒合的能力，改善鈦植入體的抗細菌的感染能力，增加其手術的成功率。實施例26一種具有微量元素Mg、Sr和Zn緩釋功能的醫用鈦或鈦合金植入材料及其製備方法。將含鈦金屬片作為陽極置入電解液中進行陽極氧化，陽極氧化的電壓為2(T40V，陽極氧化的時間為O. 5飛小時；再將陽極氧化後的含鈦金屬片衝洗乾燥後在15(T300°C的溫度下熱處理f 3h小時，自然冷卻後超聲清洗乾燥然後置於O. 0Γ0. 2 mol/L的乙酸鎂、O. 01
O.2mol/L的乙酸鍶和O. 01 O. 2mol/L的乙酸鋅混合溶液中，在15(T300°C條件下於密閉容器中水熱反應O. 5飛h，自然冷卻，取出清洗乾燥後在450-550 1的溫度下熱處理l 3h，在含鈦金屬片表面得到一類具有微量元素Mg、Sr和Zn緩釋功能的納米管生物塗層，其持續釋放微量元素Mg、Sr和Zn，能一定程度促進細胞增殖及細胞分化，提高了鈦植入體表面的生物活性，大大提高了其骨整合和癒合的能力，改善鈦植入體的抗細菌的感染能力，增加其手術的成功率。 本具體實施方式
以TiO2納米管為模板，利用納米管內Ti的亞氧化物及管內高的活性來降低反應溫度，實現了在較低溫度下低成本的在Ti基底上製備了一種具有微量元 素緩釋功能的納米管生物塗層。圖I為實施例I所製備得到的具有微量元素Sr緩釋功能的醫用鈦或鈦合金植入材料的掃描電鏡照片，圖2為實施例I所製備得到的具有微量元素Sr緩釋功能的醫用鈦或鈦合金植入材料的X射線衍射圖譜。圖3為實施例13所製備得到的具有微量元素Zn緩釋功能的醫用鈦或鈦合金植入材料的掃描電鏡照片。圖4為實施例13所製備得到的具有微量元素Zn緩釋功能的醫用鈦或鈦合金植入材料的X射線衍射圖譜。圖5為實施例19中所製備得到的具有微量元素Mg緩釋功能的醫用鈦或鈦合金植入材料的掃描電鏡照片，圖6為實施例19中所製備得到的具有微量元素Mg緩釋功能的醫用鈦或鈦合金植入材料的特徵X射線能譜圖。圖I、圖3、及圖5表明，通過簡單的水熱反應，我們可以製備一類具有微量元素緩釋功能的納米管生物塗層，其納米管形貌保持良好。圖7為實施例I和實施例13所製備的具有微量元素緩釋功能的醫用鈦或鈦合金植入材料的緩釋曲線，表明其製備的納米管生物塗層能持續的釋放微量元素Sr和Zn。圖8為實施例I和實施例13所製備的具有微量元素緩釋功能的醫用鈦或鈦合金植入材料的納米管生物塗層表面細胞增殖的情況，說明具有微量元素Sr緩釋功能的納米管生物塗層釋放的微量元素Sr，能一定程度促進細胞增殖，而具有微量元素Zn緩釋功能的納米管生物塗層釋放的微量元素Zn，對細胞增殖影響不大。圖9為實施例I和實施例13所製備的具有微量元素緩釋功能的醫用鈦或鈦合金植入材料的納米管生物塗層鹼性磷酸酶(ALP)活性對比圖，說明其納米管生物塗層釋放微量元素Sr和Zn，能一定程度的促進相關成骨基因的表達。圖10為實施例13所製備的具有微量元素Zn緩釋功能的醫用鈦或鈦合金植入材料的納米管生物塗層對其表面粘附細菌的抗菌率，其結果表明具有微量元素Zn緩釋功能的納米管生物塗層具有良好的抗菌性能，並在一周內能維持較高的抗菌率。本具體實施方式
與現有技術相比具有以下積極效果
I、本發明在含鈦金屬基底上製備的一類具有微量元素(Sr，Mg，Zn)緩釋功能的納米管生物塗層，能發揮微量元素和納米管的雙重作用，使醫用鈦植入體表面獲得良好的生物活性，因此在鈦植入體材料中具有潛在的應用前景。而目前關於在含鈦金屬基底上製備具有微量元素緩釋功能的的納米管生物塗層尚無報導。2、本發明在含鈦金屬基底上製備的一類具有微量元素緩釋功能的納米管生物塗層，以TiO2納米管為模板，可簡單的通過控制水熱反應的溫度和時間，實現了微量元素在納米管中含量的可控，並能通過簡單的控制電化學陽極氧化的條件來控制TiO2納米管的形貌，從而實現了對具有微量元素緩釋功能的納米管生物塗層形貌的可控調節，使其擁有最佳的生物活性。3、本發明在含鈦金屬基底上製備的一類具有微量元素緩釋功能的納米管生物塗層，採用水熱法在8(T30(TC較低溫度下製備而得到，其工藝條件簡單，成本低。4、本發明充分利用了二氧化鈦納米管中含有大量較高活性的鈦的亞氧化物，及在納米管內部反應活性高的特點，因此可在溫和的水熱溶液中，及較低的水熱反應溫度下製備得到一類具有微量元素緩釋功能的納米管生物塗層。因此，本發明開闢了一條合成一類具有微量元素緩釋功能的納米管生物塗層的新路線，其方法簡單可靠，實現了對具有微量元素緩釋功能的納米管生物塗層形貌的可控調節，及微量元素在納米管中含量的可控調節。而且，這類具有微量元素緩釋功能的納米管生 物塗層，能長久地緩釋微量元素(Sr、Zn、Mg)，與納米管雙重，有效的改善鈦植入體材料的生物活性，提高其抗細菌感染的能力，這樣便能大大提高鈦植入體材料手術的成功率，在鈦植入體材料中具有潛在的應用價值及經濟效益。
權利要求
1.一種具有微量元素緩釋功能的醫用鈦或鈦合金植入材料，其特徵在於，它包括含鈦金屬基底，以及在所述含鈦金屬基底表面設置的納米管生物塗層，所述納米管生物塗層可緩釋微量元素Sr、Mg、或Zn中的一種或者任意兩種以上的混合。
2.一種具有微量元素緩釋功能的醫用鈦或鈦合金植入材料的製備方法，其特徵在於，它包括以下步驟 1)將打磨和拋光後的含鈦金屬片作為陽極置入電解液中進行陽極氧化； 2)將陽極氧化後的含鈦金屬片衝洗乾燥後在10(T500°C的溫度下熱處理f3h小時，自然冷卻後超聲清洗乾燥； 3)將乾燥後的含鈦金屬片置於氫氧化鍶、乙酸鍶、乙酸鋅、或乙酸鎂中的一種或者任意兩種以上的混合溶液中，在10(T30(TC條件下於密閉容器中水熱反應O. 5^12h,自然冷卻， 取出清洗乾燥後在450-550°C的溫度下熱處理f 3h，即得到具有微量元素緩釋功能的醫用鈦或鈦合金植入材料。
3.根據權利要求2所述的具有微量元素緩釋功能的醫用鈦或鈦合金植入材料的製備方法，其特徵在於，所述步驟I)中陽極氧化的電壓為5 60V，陽極氧化的時間為O. 5飛小時，電解液為O. I O. 5 wt%的氟化物、I 5 wt%的H2O, Γ5 wt%的CH3OH和90 97· 5 wt%的乙二醇的混合溶液。
4.根據權利要求3所述的具有微量元素緩釋功能的醫用鈦或鈦合金植入材料的製備方法，其特徵在於，所述的氟化物為KF、NaF、NH4F、或HF中的一種或者任意兩種以上的混合。
5.根據權利要求2所述的具有微量元素緩釋功能的醫用鈦或鈦合金植入材料的製備方法，其特徵在於，所述的含鈦金屬片的鈦含量為5(T99. 99wt%0
6.根據權利要求2所述的具有微量元素緩釋功能的醫用鈦或鈦合金植入材料的製備方法，其特徵在於，所述步驟I)中的拋光是先將打磨後的含鈦金屬片分別用乙醇、丙酮和蒸餾水先後進行超聲清洗，再在HF =HNO3 =H2O的體積比為I : (2飛)(4^7)的溶液中進行化學拋光，化學拋光的時間為3 IOmin ;然後用蒸餾水清洗，用氮氣吹乾。
7.根據權利要求2所述的具有微量元素緩釋功能的醫用鈦或鈦合金植入材料的製備方法，其特徵在於，所述步驟2)中的熱處理是將含鈦金屬片置於烘箱內，在空氣中進行；所述的超聲清洗是依次在甲醇與水的混合溶液和蒸餾水的溶液中超聲清洗5min。
8.根據權利要求2所述的具有微量元素緩釋功能的醫用鈦或鈦合金植入材料的製備方法，其特徵在於，所述步驟3)中的氫氧化鍶溶液的濃度為O. 005、. 025 mol/L,乙酸鍶溶液的濃度為O. 0Γ0. 4 mol/L、乙酸鋅溶液的濃度為O. θΓθ. 6 mol/L、乙酸鎂溶液的濃度為0.θΓθ. 6 mol/L。
9.根據權利要求21項中任一項所述的具有微量元素緩釋功能的醫用鈦或鈦合金植入材料的製備方法所製備得到的具有微量元素緩釋功能的醫用鈦或鈦合金植入材料。
10.一種具有微量元素緩釋功能的醫用鈦或鈦合金植入材料在生物硬組織修復中的應用。
全文摘要
本發明涉及一種具有微量元素緩釋功能的醫用鈦或鈦合金植入材料及其製備方法和應用。其技術方案是將打磨和拋光後的含鈦金屬片作為陽極置入電解液中進行陽極氧化；將陽極氧化後的含鈦金屬片衝洗乾燥後在100~500℃的溫度下熱處理1~3h小時，自然冷卻後超聲清洗乾燥；將乾燥後的含鈦金屬片置於氫氧化鍶、乙酸鍶、乙酸鋅、或乙酸鎂中的一種或者任意兩種以上的混合溶液中，在100~300℃條件下於密閉容器中水熱反應0.5~12h，自然冷卻，取出清洗乾燥後在450-550℃的溫度下熱處理1~3h，即得到具有微量元素緩釋功能的醫用鈦或鈦合金植入材料。本發明方法簡單可靠，其微量元素在納米管中的負載量及釋放量可控，能很好的促進醫用鈦及合金表面的生物活性，在醫用植入體材料中具有良好的應用前景。
文檔編號C25D11/26GK102908661SQ20121042508
公開日2013年2月6日 申請日期2012年10月31日 優先權日2012年10月31日
發明者霍開富, 陳榮生, 王海蓉, 張旭明, 付繼江 申請人:武漢科技大學