本發(fā)明涉及鈦和鈦合金構(gòu)件的表面改性領(lǐng)域，具體涉及一種四氧化三鐵/二氧化鈦磁性生物活性涂層的制備方法。

背景技術(shù)：

利用磁場(chǎng)治療骨組織疾病早已在臨床上廣泛開展起來(lái)。大量研究結(jié)果表明外加磁場(chǎng)能夠促進(jìn)成骨細(xì)胞的增殖和分化，從而促進(jìn)新骨形成，還具有促進(jìn)植入體與骨的整合、提高骨密度和鈣含量，促進(jìn)骨折愈合等作用。但傳統(tǒng)的磁療通常需要比較復(fù)雜的設(shè)備，不方便使用和攜帶，從而極大地限制了其應(yīng)用。

磁性納米顆粒因其在蛋白分離、細(xì)胞分離、載藥媒介、核磁共振成像、癌癥磁熱療、組織修復(fù)等生物領(lǐng)域表現(xiàn)出潛在的應(yīng)用前景，逐漸受到科研工作者的廣泛關(guān)注。已經(jīng)報(bào)道了很多關(guān)于將磁性納米顆粒復(fù)合到硬組織替代材料用作生物支架，并且顯示出了良好的生物相容性及對(duì)細(xì)胞的增殖、分化等的促進(jìn)作用。目前，國(guó)內(nèi)外研究者在制備磁性硬組織替代材料時(shí)，主要采用靜電紡絲技術(shù)、纖維沉積技術(shù)、吸附方法和球磨混勻方法等。前兩種技術(shù)主要用于高分子材料，后兩種方法主要用于陶瓷材料。然而高分子材料的強(qiáng)度和彈性模量低，陶瓷材料的斷裂韌度低且在生理環(huán)境抗疲勞性差，難以獨(dú)立應(yīng)用于承載部位的硬組織替換。另一方面，上述制備方法得到的材料植入體內(nèi)后會(huì)釋放出的納米顆粒，這些納米顆粒對(duì)生物體的毒副作用仍然不明確。

鈦及鈦合金因其優(yōu)異的機(jī)械強(qiáng)度、化學(xué)穩(wěn)定性以及耐腐蝕性，受到了牙科和骨科植入研究者的青睞。但和其它金屬材料一樣，植入體內(nèi)后不能與骨形成直接的化學(xué)鍵合，從而導(dǎo)致種植體發(fā)生松動(dòng)。采用微弧氧化法對(duì)鈦和鈦合金進(jìn)行表面處理得到多孔二氧化鈦涂層，可提高其耐磨損性能、耐腐蝕性能，提高生物活性，改善種植體與骨組織的結(jié)合，已經(jīng)得到了商業(yè)化應(yīng)用。但是在臨床應(yīng)用上仍存在生物活性不足等問(wèn)題，植入體內(nèi)后易形成包裹性纖維膜，與組織結(jié)合不牢固，從而引起植入失敗。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種四氧化三鐵/二氧化鈦磁性生物活性涂層的制備方法，以克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明制備的涂層內(nèi)具有極小的微區(qū)磁場(chǎng)，具有良好的生物活性，利于骨細(xì)胞的附著、增殖和分化，使材料具有骨誘導(dǎo)性，能夠促進(jìn)新骨形成，促進(jìn)植入體與骨的整合，促進(jìn)骨折愈合

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種四氧化三鐵/二氧化鈦磁性生物活性涂層的制備方法，包括以下步驟：

步驟一：利用溶劑熱法，以乙二醇為溶劑，以1,6–己二胺、六水合三氯化鐵、無(wú)水乙酸鈉為溶質(zhì)，在反應(yīng)釜中進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后得到水溶性胺基化四氧化三鐵納米顆粒；

步驟二：采用微弧氧化法，以水為溶劑，以水溶性胺基化四氧化三鐵納米顆粒、鈣鹽、磷鹽和弱酸為溶質(zhì)，形成電解液，以鈦或鈦合金試樣為陽(yáng)極、不銹鋼為陰極，采用脈沖電源對(duì)鈦或鈦合金試樣進(jìn)行微弧氧化處理，待反應(yīng)結(jié)束后，即在鈦或鈦合金試樣的表層生成四氧化三鐵/二氧化鈦磁性生物活性涂層。

進(jìn)一步地，步驟1中1,6–己二胺濃度為0.2–5.0mol/l，六水合氯化鐵濃度為0.05-2.0mol/l，無(wú)水乙酸鈉的濃度為0.01-0.5mol/l。

進(jìn)一步地，步驟一中反應(yīng)溫度為180-220℃，時(shí)間為2-24h。

進(jìn)一步地，步驟一中得到的水溶性胺基化四氧化三鐵納米顆粒的粒徑為20-300nm。

進(jìn)一步地，步驟二中弱酸為乙酸、水楊酸、檸檬酸或草酸。

進(jìn)一步地，步驟二所述的鈣鹽為乙酸鈣、氯化鈣或硝酸鈣；所述的磷鹽為β-甘油磷酸鈉、磷酸鈉或磷酸氫鈉。

進(jìn)一步地，步驟二電解液中水溶性胺基化四氧化三鐵納米顆粒的濃度為0.2–50g/l，鈣鹽濃度為0.1-0.5mol/l，磷鹽濃度為0.1-0.5mol/l，弱酸濃度為0.01-0.5mol/l。

進(jìn)一步地，步驟二中采用脈沖電源在電壓為350–550v、頻率為50–500hz、占空比為5-40％的條件下對(duì)鈦或鈦合金試樣進(jìn)行微弧氧化處理。

進(jìn)一步地，微弧氧化處理過(guò)程中陰極和陽(yáng)極之間的距離為8-12cm。

進(jìn)一步地，微弧氧化處理的溫度為5–25℃，處理時(shí)間1–10min。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益的技術(shù)效果：

采用本發(fā)明工藝合成的四氧化三鐵/二氧化鈦生物活性涂層，與鈦及其合金相比，該涂層內(nèi)具有極小的微區(qū)磁場(chǎng)，具有良好的生物活性，利于骨細(xì)胞的附著、增殖和分化，使材料具有骨誘導(dǎo)性，能夠促進(jìn)新骨形成，促進(jìn)植入體與骨的整合，促進(jìn)骨折愈合；同時(shí)，該磁性材料還能響應(yīng)外加磁場(chǎng)，通過(guò)外加交變磁場(chǎng)產(chǎn)生磁熱效應(yīng)使病灶區(qū)升溫，殺死腫瘤細(xì)胞，從而實(shí)現(xiàn)骨癌磁熱療的作用。

進(jìn)一步地，通過(guò)控制工藝條件，本發(fā)明工藝合成的四氧化三鐵/二氧化鈦涂層解決了目前制備方法制備的磁性硬組織植入材料植入后的細(xì)胞毒性以及后期粒子釋放等的問(wèn)題，在保證涂層結(jié)合力和強(qiáng)度的同時(shí)，使得涂層具有一定的鐵磁性(ms為0.1-0.5emu/g)。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例1得到的fe3o4納米顆粒的sem圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例1得到的涂層的sem圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例1得到的涂層的能譜圖；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例1得到的涂層磁滯回線。

具體實(shí)施方式

下面對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式做進(jìn)一步詳細(xì)描述：

一種四氧化三鐵/二氧化鈦磁性生物活性涂層的制備方法，包括以下步驟：

步驟一：利用溶劑熱法，以乙二醇為溶劑，1,6–己二胺、六水合三氯化鐵、無(wú)水乙酸鈉為溶質(zhì)，其中1,6–己二胺濃度為0.2–5.0mol/l，六水合氯化鐵濃度為0.05-2.0mol/l，無(wú)水乙酸鈉的濃度為0.01-0.5mol/l，在高溫高壓反應(yīng)釜中進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)溫度為180-220℃，時(shí)間為2-24h，反應(yīng)結(jié)束后得到粒徑為20-300nm的水溶性胺基化四氧化三鐵納米顆粒；

步驟二：采用微弧氧化法，以水為溶劑，以水溶性胺基化四氧化三鐵納米顆粒、鈣鹽、磷鹽和弱酸為溶質(zhì)，形成電解液，電解液中水溶性胺基化四氧化三鐵納米顆粒的濃度為0.2–50g/l，鈣鹽濃度為0.1-0.5mol/l，磷鹽濃度為0.1-0.5mol/l，弱酸濃度為0.01-0.5mol/l，以鈦或鈦合金試樣為陽(yáng)極、不銹鋼為陰極，采用脈沖電源在電壓為350–550v、頻率為50–500hz、占空比為5-40％對(duì)鈦或鈦合金試樣進(jìn)行微弧氧化處理，處理過(guò)程中陰極和陽(yáng)極之間的距離為8-12cm，且微弧氧化處理的溫度為5–25℃，處理時(shí)間1–10min，待反應(yīng)結(jié)束后，即在鈦或鈦合金試樣的表層生成四氧化三鐵/二氧化鈦磁性生物活性涂層。

下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)描述：

實(shí)施例1

第一步：配置180ml以1,6–己二胺、六水合三氯化鐵、無(wú)水乙酸鈉為溶質(zhì)和以乙二醇為溶劑的溶液，其中1,6–己二胺濃度為1.4mol/l、六水合三氯化鐵濃度為0.1mol/l、無(wú)水乙酸鈉濃度為0.06mol/l，然后將上述溶液轉(zhuǎn)入250ml高溫高壓反應(yīng)釜內(nèi)，198℃條件下保溫6h，即可制備得到尺寸為160nm的水溶性胺基化四氧化三鐵納米顆粒。

第二步：在由0.2mol/l的乙酸鈣、0.2mol/l的β–甘油磷酸鈉和0.167mol/l乙酸的復(fù)合溶液中，加入5.0g上述制得的胺基化四氧化三鐵納米顆粒，形成電解液，以鈦為陽(yáng)極、不銹鋼為陰極，采用脈沖電源在電壓為500v、頻率為500hz、占空比為7.5％、陰陽(yáng)極板間距為8cm的條件下對(duì)鈦進(jìn)行微弧等離子處理，處理時(shí)間3min，保持電解液的溫度在15℃，可在鈦表面形成四氧化三鐵/二氧化鈦磁性生物活性涂層，其飽和磁化強(qiáng)度可達(dá)0.207emu/g。

實(shí)施例2

第一步：配置180ml以1,6–己二胺、六水合三氯化鐵、無(wú)水乙酸鈉為溶質(zhì)和以乙二醇為溶劑的溶液，其中1,6–己二胺濃度為0.2mol/l1,6–己二胺、六水合三氯化鐵濃度為2.0mol/l、無(wú)水乙酸鈉濃度為0.01mol/l，然后將上述溶液轉(zhuǎn)入250ml高溫高壓反應(yīng)釜內(nèi)，220℃條件下保溫2h，即可制備得到尺寸為20nm的水溶性胺基化四氧化三鐵納米顆粒。

第二步：在由0.5mol/l的氯化鈣、0.5mol/l的磷酸鈉和0.01mol/l草酸的復(fù)合溶液中，加入0.2g上述制得的胺基化四氧化三鐵納米顆粒，形成電解液，以鈦為陽(yáng)極、不銹鋼為陰極，采用脈沖電源在電壓為550v、頻率為350hz、占空比為5％、陰陽(yáng)極板間距為10cm的條件下對(duì)鈦進(jìn)行微弧等離子處理，處理時(shí)間10min，保持電解液的溫度在25℃，可在鈦表面形成四氧化三鐵/二氧化鈦磁性生物活性涂層，其飽和磁化強(qiáng)度可達(dá)0.107emu/g。

實(shí)施例3

第一步：配置180ml以1,6–己二胺、六水合三氯化鐵、無(wú)水乙酸鈉為溶質(zhì)和以乙二醇為溶劑的溶液，其中1,6–己二胺濃度為5.0mol/l1,6–己二胺、六水合三氯化鐵濃度為0.05mol/l、無(wú)水乙酸鈉濃度為0.5mol/l，然后將上述溶液轉(zhuǎn)入250ml高溫高壓反應(yīng)釜內(nèi)，180℃條件下保溫24h，即可制備得到尺寸為300nm的水溶性胺基化四氧化三鐵納米顆粒。

第二步：在由0.1mol/l的硝酸鈣、0.1mol/l的磷酸氫鈉和0.5mol/l水楊酸的復(fù)合溶液中，加入50g上述制得的胺基化四氧化三鐵納米顆粒，形成電解液，以鈦合金為陽(yáng)極、不銹鋼為陰極，采用脈沖電源在電壓為350v、頻率為50hz、占空比為40％、陰陽(yáng)極板間距為12cm的條件下對(duì)鈦進(jìn)行微弧等離子處理，處理時(shí)間1min，保持電解液的溫度在5℃，可在鈦表面形成四氧化三鐵/二氧化鈦磁性生物活性涂層，其飽和磁化強(qiáng)度可達(dá)0.357emu/g。