專利名稱：鈦種植體表面可控二氧化鈦納米管仿生修飾方法及種植體的制作方法
鈦種植體表面可控二氧化鈦納米管仿生修飾方法及種植體技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及醫(yī)用納米仿生材料制備領(lǐng)域，尤其涉及一種鈦種植體表面可控二氧化鈦納米管仿生修飾方法。
背景技術(shù)：
種植義齒等齒科種植技術(shù)因其舒適美觀、咀嚼功能恢復(fù)良好和能夠避免或減少天然牙的磨除，越來越受到醫(yī)生和患者的青睞。但當(dāng)前臨床常用的種植系統(tǒng)大多性能不佳且價(jià)格昂貴，目前尚沒有一種得到大家公認(rèn)的性能優(yōu)良的種植系統(tǒng)。因此，種植材料一直是材料專家研究的熱點(diǎn)。種植體表面形貌和化學(xué)成分對種植體在體內(nèi)的骨性愈合即“骨整合”發(fā)揮著非常重要的作用。學(xué)者們往往通過對種植體表面進(jìn)行改性修飾來提高其“骨整合”效果，經(jīng)過近 10幾年的努力，已經(jīng)取得了一些成果。但對于一些條件較差的患者如糖尿病和骨質(zhì)疏松患者以及即刻種植的病人，種植義齒的臨床成功率仍未到達(dá)滿意的效果。為了提高種植義齒的臨床成功率，種植體的表面改性一直是國內(nèi)外種植材料專家研究的熱點(diǎn)。表面粗糙度對種植體骨整合發(fā)揮著非常重要的作用，粗糙的表面微結(jié)構(gòu)可以增加骨組織與種植體的機(jī)械扣鎖作用，提高種植體的穩(wěn)定性。早期學(xué)者一般采用微米級的表面粗糙度來對種植體進(jìn)行表面改性，但微米級的表面修飾并沒有在骨條件不足的患者中展現(xiàn)出良好的成骨效果。近年來，隨著納米技術(shù)和仿生技術(shù)的發(fā)展，學(xué)者開始在種植體表面進(jìn)行納米修飾來提高骨整合效果，但現(xiàn)有的納米仿生修飾結(jié)構(gòu)可控性較差，不能有效選擇最佳納米尺寸的微結(jié)構(gòu)，發(fā)揮最優(yōu)種植體促進(jìn)骨整合作用。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種鈦種植體表面可控二氧化鈦納米管仿生修飾方法，能夠提高納米修飾結(jié)構(gòu)的可控性，通過選擇最佳的納米尺寸結(jié)構(gòu)發(fā)揮種植體的最佳效果，提高骨整合作用，能夠適用于對骨條件不足的患者實(shí)施種植。為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種鈦表面可控二氧化鈦納米管仿生修飾方法，包括如下步驟提供待修飾的鈦種植體；清洗鈦種植體的表面；去除鈦種植體表面的天然氧化膜；將鈦種植體置于電解池的陽極進(jìn)行陽極氧化，電解液為磷酸和氫氟酸的混合酸溶液，通過電解在鈦種植體表面形成二氧化鈦納米管；采用氫氧化鈉溶液對表面修飾了二氧化鈦納米管的鈦種植體進(jìn)行堿處理；在空氣中熱處理鈦種植體；將處理后的鈦種植體放入盛有模擬體液的離心管中孵育，獲得納米鈣磷涂層；去離子沖洗并烘干。作為可選的技術(shù)方案，所述陽極電解生成二氧化鈦納米管的步驟中，磷酸的濃度范圍是0. lmol/L至2mol/L，氫氟酸的濃度范圍是0. 1 %至1. 0%重量百分比，電解時(shí)間不小于1小時(shí)。作為可選的技術(shù)方案，所述清洗鈦種植體的表面的步驟進(jìn)一步包括將鈦種植體依次放入蒸餾水、無水乙醇和蒸餾水中進(jìn)行超聲清洗。
作為可選的技術(shù)方案，所述去除鈦種植體表面的天然氧化膜的步驟進(jìn)一步包括 放入氫氟酸、硝酸和蒸餾水的混合酸溶液中浸泡。作為可選的技術(shù)方案，所述堿處理的步驟中，所述氫氧化鈉溶液的濃度范圍是 0. lmol/L至2mol/L，堿處理的時(shí)間范圍是30至120分鐘。作為可選的技術(shù)方案，所述在空氣中熱處理鈦種植體的步驟中，熱處理時(shí)間范圍是1至3小時(shí)，溫度范圍是300°C至800°C。作為可選的技術(shù)方案，所述孵育的步驟中，孵育溫度是37°C，孵育時(shí)間為12小時(shí)至36小時(shí)。本發(fā)明進(jìn)一步提供了一種修飾種植體，包括鈦種植體本體、包裹在本體表面的二氧化鈦納米管層，以及包裹在納米管層表面的納米鈣磷涂層。作為可選的技術(shù)方案，所述二氧化鈦納米管層中，納米管直徑的范圍是30nm至 120nm。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于，采用TW2納米管特有的結(jié)構(gòu)作為植入體的表面材料，在植入人體后，一方面結(jié)構(gòu)為納米級可以為成骨細(xì)胞絲足提供觸點(diǎn)，促進(jìn)細(xì)胞的黏附生長，另一方面鈣磷涂層與天然骨的無機(jī)成分一致，具有骨傳導(dǎo)特性。鈦種植體表面經(jīng)過T^2納米管仿生修飾獲得的納米鈣磷涂層，不僅在尺寸上與天然骨的結(jié)構(gòu)相近，而且化學(xué)成分也與天然骨的無機(jī)成分一致，起到真正意義上的仿生修飾。

附圖1是本發(fā)明的具體實(shí)施方式
所述方法的步驟示意圖。
具體實(shí)施方式接下來結(jié)合附圖詳細(xì)介紹本發(fā)明所述的一種鈦表面可控二氧化鈦納米管仿生修飾方法以及修飾種植體的具體實(shí)施方式
。附圖1所示是本具體實(shí)施方式
所述方法的步驟示意圖，包括步驟S10，提供待修飾的鈦種植體；步驟S11，清洗鈦種植體的表面；步驟S12，去除鈦種植體表面的天然氧化膜；步驟S13，將鈦種植體置于電解池的陽極進(jìn)行陽極氧化；步驟S14，采用氫氧化鈉溶液對表面修飾了二氧化鈦納米管的鈦種植體進(jìn)行堿處理；步驟S15，在空氣中熱處理鈦種植體； 步驟S16，將處理后的鈦種植體放入盛有模擬體液的離心管中孵育；步驟S17，去離子沖洗并烘干。步驟SlO中，所述的鈦種植體可以是種植釘?shù)扔糜谕梭w自身骨組織貼合的種植體。由于這些種植體需要和人體自身的骨骼整合在一起，因此需要做特殊的表面修飾才能夠提高種植體在人體中的穩(wěn)定性。步驟Sll中，清洗種植體表面的目的在于除去表面的污物。清洗的方法有很多，例如可以采用將鈦種植體依次放入蒸餾水、無水乙醇和蒸餾水中進(jìn)行超聲清洗，以去除表面的有機(jī)物等污物。超聲清洗的時(shí)間可以根據(jù)種植體表面的沾污程度靈活掌握，例如可以是五分鐘左右。步驟S12中，種植體表面的天然氧化膜是因?yàn)殚L時(shí)間放置在空氣中，由于自然氧化而形成的，其主要成分是二氧化鈦(非晶態(tài)，非納米管)。除去氧化膜的方法有很多，例
4如可以是放入氫氟酸、硝酸和蒸餾水的混合酸溶液中浸泡，混合酸液的濃度可以根據(jù)表面氧化膜的致密程度靈活掌握，例如可以是5g氫氟酸和55g硝酸溶入IOOml蒸餾水中配置而成，浸泡時(shí)間例如可以是五分鐘左右。步驟S13中，陽極氧化的電解液為磷酸和氫氟酸的混合酸溶液，通過電解在鈦種植體表面形成二氧化鈦納米管。磷酸的濃度范圍是0. lmol/L至2mol/L，并優(yōu)選為lmol/L ； 氫氟酸的濃度范圍是0. 至1. 0%重量百分比，并優(yōu)選為0. 5% ；電解時(shí)間不小于1小時(shí)， 并優(yōu)選為3小時(shí)。上述電解在常溫下進(jìn)行，電解電壓為直流5V至25V。電解完畢后，采用去離子水超聲清洗鈦種植體5分鐘，并烘干。此步驟在鈦種植體表面形成了二氧化鈦的納米管層。實(shí)驗(yàn)表明，通過控制陽極氧化的反應(yīng)條件可以在鈦種植體表面制備出高度可控的TiO2納米管結(jié)構(gòu)。納米管直徑的范圍是30nm至120nm。管徑為30nm的TW2納米管有利于成骨細(xì)胞黏附，120nm的管徑TW2納米管有利于成骨細(xì)胞的增值和分化。步驟S14中，氫氧化鈉溶液的濃度范圍是0. lmol/L至2mol/L，并優(yōu)選為0. 5mol/ L ；堿處理的時(shí)間范圍是30至120分鐘，并優(yōu)選為60分鐘。堿處理的溫度約是60°C左右。 處理完畢后采用去離子水沖洗種植體表面。步驟S15中，熱處理時(shí)間范圍是1至3小時(shí)，并優(yōu)選為2小時(shí)；溫度范圍是300°C 至800°C，并優(yōu)選為5000C ο步驟S16中，所述模擬液體是一種模擬人體環(huán)境的人造液體，例如可以采用 1 升水含 NaCl (8. 035g)、NaHCO3 (0. 355g)、KCl (0. 225g)、K2HP043H20 (0. 231g)、 MgCl2 · 6H20 (0. 31 lg)、1. OM-HCl (39ml)、CaCl2 (0. 292g)、Na2SO4 (0. 072g) Tris (6. 118g)的配方配制，也可以采用其他的配方，其目的都在于能夠盡量模擬出人體的體液環(huán)境。模擬液體的體積應(yīng)當(dāng)根據(jù)以下方程計(jì)算材料表面積(cm2)/模擬液體積(ml) ^ 10，孵育溫度是 37°C，孵育時(shí)間為12小時(shí)至36小時(shí)，并優(yōu)選為M小時(shí)。此步驟能夠在納米管表面形成仿生鈣磷涂層。此步驟利用了納米管結(jié)構(gòu)的可控性，在鈦種植體表面制備出可控的納米仿生鈣磷涂層。仿生鈣磷涂層不僅在尺寸上與天然骨的結(jié)構(gòu)相近，而且化學(xué)成分也與天然骨的無機(jī)成分一致，起到真正意義上的仿生修飾作用。此步驟能夠在鈦種植體表面的二氧化鈦納米管上獲得一層納米鈣磷涂層。步驟S17中，可以使鈦種植體在60°C環(huán)境下過夜，即達(dá)到了烘干效果。上述步驟實(shí)施完畢后，所獲得的修飾種植體產(chǎn)品包括如下結(jié)構(gòu)鈦種植體本體、包裹在本體表面的二氧化鈦納米管層，以及包裹在納米管層表面的鈣磷涂層。T^2納米管因其特有的結(jié)構(gòu)，在植入人體后，，一方面結(jié)構(gòu)為納米級可以為成骨細(xì)胞絲足提供觸點(diǎn)，促進(jìn)細(xì)胞的黏附生長，另一方面鈣磷涂層與天然骨的無機(jī)成分一致，具有骨傳導(dǎo)特性。鈦種植體表面經(jīng)過TW2納米管仿生修飾獲得的納米鈣磷涂層，不僅在尺寸上與天然骨的結(jié)構(gòu)相近， 而且化學(xué)成分也與天然骨的無機(jī)成分一致，起到真正意義上的仿生修飾。該種植體的二氧化鈦納米管層中，納米管直徑的范圍優(yōu)選是30nm至120nm。管徑為30nm的TW2納米管有利于成骨細(xì)胞黏附，120nm的管徑TW2納米管有利于成骨細(xì)胞的增值和分化。鈦種植體表面T^2納米管仿生修飾的涂層有利于成骨細(xì)胞的骨功能基因表達(dá)。本發(fā)明前文所述的優(yōu)選實(shí)施方式是用以舉例說明并描述本發(fā)明的目的。不應(yīng)當(dāng)將本發(fā)明限制在所揭露的內(nèi)容之內(nèi)，還有可能通過來自于上述記載內(nèi)容中的啟示和對本發(fā)明的實(shí)踐來獲得對本發(fā)明的調(diào)整和改變。因此，本發(fā)明所給出的具體實(shí)施方式
并不是限制而是解釋本發(fā)明的技術(shù)精神，本發(fā)明的保護(hù)范圍并不受制于具體實(shí)施方式
。本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)由權(quán)利要求確定，對本發(fā)明的等同替換也應(yīng)當(dāng)視為不超出本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種鈦表面可控二氧化鈦納米管仿生修飾方法，其特征在于，包括如下步驟提供待修飾的鈦種植體；清洗鈦種植體的表面；去除鈦種植體表面的天然氧化膜；將鈦種植體置于電解池的陽極進(jìn)行陽極氧化，電解液為磷酸和氫氟酸的混合酸溶液， 通過電解在鈦種植體表面形成二氧化鈦納米管；采用氫氧化鈉溶液對表面修飾了二氧化鈦納米管的鈦種植體進(jìn)行堿處理；在空氣中熱處理鈦種植體；將處理后的鈦種植體放入盛有模擬體液的離心管中孵育，獲得納米鈣磷涂層；去離子沖洗并烘干。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述陽極電解生成二氧化鈦納米管的步驟中，磷酸的濃度范圍是0. lmol/L至2mol/L，氫氟酸的濃度范圍是0. 1 %至1. 0%重量百分比，電解時(shí)間不小于1小時(shí)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述清洗鈦種植體的表面的步驟進(jìn)一步包括將鈦種植體依次放入蒸餾水、無水乙醇和蒸餾水中進(jìn)行超聲清洗。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述去除鈦種植體表面的天然氧化膜的步驟進(jìn)一步包括放入氫氟酸、硝酸和蒸餾水的混合酸溶液中浸泡。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述堿處理的步驟中，所述氫氧化鈉溶液的濃度范圍是0. lmol/L至2mol/L，堿處理的時(shí)間范圍是30至120分鐘。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述在空氣中熱處理鈦種植體的步驟中， 熱處理時(shí)間范圍是1至3小時(shí)，溫度范圍是300°C至800°C。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述孵育的步驟中，孵育溫度是37°C，孵育時(shí)間為12小時(shí)至36小時(shí)。
8.一種修飾種植體，其特征在于，包括鈦種植體本體、包裹在本體表面的二氧化鈦納米管層，以及包裹在納米管層表面的納米鈣磷涂層。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的修飾種植體，其特征在于，所述二氧化鈦納米管層中，納米管直徑的范圍是30nm至120nm。
全文摘要
一種鈦種植體表面可控二氧化鈦納米管仿生修飾方法，包括如下步驟提供待修飾的鈦種植體；清洗鈦種植體的表面；去除鈦種植體表面的天然氧化膜；將鈦種植體置于電解池的陽極氧化獲得二氧化鈦納米管結(jié)構(gòu)；采用氫氧化鈉溶液對表面修飾了二氧化鈦納米管的鈦種植體進(jìn)行堿處理；在空氣中熱處理鈦種植體；將處理后的鈦種植體放入盛有模擬體液的離心管中孵育；去離子沖洗并烘干。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于，利用TiO2納米管特有的結(jié)構(gòu)可以在種植體表面構(gòu)建出仿生納米鈣磷涂層，在植入人體后，一方面結(jié)構(gòu)為納米級可以為成骨細(xì)胞絲足提供觸點(diǎn)，促進(jìn)細(xì)胞的黏附生長，另一方面鈣磷涂層與天然骨的無機(jī)成分一致，具有骨傳導(dǎo)特性。
文檔編號C25D11/26GK102383163SQ20101026705
公開日2012年3月21日 申請日期2010年8月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月27日
發(fā)明者于衛(wèi)強(qiáng), 張富強(qiáng) 申請人:上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第九人民醫(yī)院