一种利用臭氧处理改善氮化钛陶瓷涂层生物活性的方法技术

本发明专利技术公开了一种利用臭氧处理改善氮化钛陶瓷涂层生物活性的方法，包括将带有氮化钛陶瓷涂层的试样装入无机管内；加热无机管，温度在30-150℃之间；通臭氧，其浓度为10-30mg/L，工作压强为0.1Mpa，供气时间为0.5-6小时；反应结束后取出试样并置于密封的无机材质类器皿中保存。优点为利用臭氧对氮化钛陶瓷涂层的表面进行除污与氧化，保持氮化钛陶瓷涂层的色泽、微观形貌、硬度和耐磨性能，同时还明显改善了其表面的润湿性能，从而改善细胞与植入材料之间的相互作用，使骨细胞能够在植入体表面更快地附着、铺展、增殖和分化，故本发明专利技术提供的臭氧处理方法能提高氮化钛陶瓷涂层的生物相容性和生物活性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种改善氮化钛生物活性的方法，属于外科植入物

技术介绍
目前，氮化钛陶瓷涂层硬度高、化学稳定性强、摩擦系数低，还具有优良的生物相容性，因此其在医疗器械领域里已获广泛应用，如用于种植体基台镀层、人工关节金属球头镀层等。然而，氮化钛的生物活性仅与钛合金相当，如Ti6Al4V，与纯钛相比仍有所不及。如果能够在保留高硬度的同时改善其生物活性，TiN陶瓷层将成为理想的植入物涂层材料。目前改善氮化钛陶瓷生物活性的报道尚不多，查阅到的文献有以下2篇。文献1(Microstructure and biocompatibility of titanium oxides produced on nitrided surface layer under glow discharge conditions,Journal of Nanoscince and Nanotechnology,2011，11(10):8917-8923.)报道了采用辉光放电方法在高温(680℃)下对Ti6Al4V基体上的TiN陶瓷层进行处理，所获得改性层与氮化钛陶瓷相比，磨损率明显增大。文献2(Effects of Hydrothermal Treatment on Properties of Titanium Nitride Coating for Dental Implants，Key Engineering Materials，2012,529-530:247-250)报道了利用水热处理技术高温下(100-180℃)对氮化钛陶瓷层进行表面处理，试样的显微硬度明显下降，而且表面颜色也由金黄色变为蓝色。综上所述，目前已知的改善氮化钛陶瓷生物活性的改性方法主要存在以下缺点：(1)高温操作，能耗高，设备复杂，安全性能要求高；(2)明显降低氮化钛陶瓷硬度或耐磨性；(3)工作环境较差，不适合医院、诊所等的临床前处理；(4)会改变氮化钛陶瓷色泽。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术的目的是提供了一种能改善氮化钛陶瓷涂层的生物活性，以期可提高生物学固定假体与骨组织的结合力，降低无菌性松动的发生率，延长种植体使用寿命的利用臭氧处理氮化钛的方法。技术方案：本专利技术所述的处理方法，包括如下步骤：(1)将带有氮化钛陶瓷涂层的试样装入无机管内；(2)加热无机管，并控制加热温度在30-150℃之间；(3)向无机管内通入臭氧，其中，臭氧浓度为10-30mg/L，工作压强保持为0.1Mpa，供气时间为0.5-6小时；(4)反应一定时间后，停止供气，待无机管的温度降至室温后取出试样，并置于密封的无机材质类器皿中保存。其中，在步骤(1)中，氮化钛陶瓷涂层可以由气体渗氮、气相沉积、磁控溅射等方法制备。使用的无机管为石英管，或者为普通玻璃管、陶瓷管、金属管等。同时，该无机管两端安装预留气路孔的硅橡胶塞子，同时一端连接臭氧发生器，另一端连接臭氧尾气处理装置。例如可以是二氧化锰臭氧尾气处理装置。上述氮化钛陶瓷涂层的基材为纯钛及其合金、镁及其合金、普通碳钢、不锈钢、钴基合金或聚甲基丙烯酸甲酯。试样的形状为块、板、盘、钉、管、柱中的任何一种。值得注意的是，在步骤(1)前，通常要对带有氮化钛陶瓷涂层的试样进行超声波清洗，清洗时间可以控制在十分钟左右，并自然干燥。步骤(4)中，无机材质类器皿优选为干净、干燥的玻璃器皿，或者为陶瓷器皿、金属器皿等。有益效果：本专利技术与现有技术相比，其显著优点为：利用臭氧对氮化钛陶瓷涂层的表面进行除污与氧化，不仅保持了氮化钛陶瓷涂层的色泽、微观形貌、较高的硬度和较强的耐磨性能，同时还明显改善了其表面的润湿性能，从而改善细胞与植入材料之间的相互作用，使骨细胞能够在植入体表面更快地附着、铺展、增殖和分化，故本专利技术提供的臭氧处理方法能提高氮化钛陶瓷涂层的生物相容性和生物活性。同时，本专利技术方法操作温度较低、能耗低、设备组合简单、反应强度低、安全性高；工作环境良好，适合医院、诊所等的临床前处理。具体实施方式下面对本专利技术的技术方案作详细说明。实施例1首先，利用气体氮化法在圆片状纯钛金属表面制备氮化钛陶瓷层，该陶瓷层呈金黄色，显微硬度为HV1131.2(±78.3)，蒸馏水在其表面接触角为70.1°。其次，可以对带有氮化钛陶瓷涂层的试样进行超声波清洗，并自然干燥。接着，将试样放入经充分洗净和干燥的石英管内，该石英管水平放置，并在该石英管两端安装预留气路孔的硅橡胶塞子，一端连接臭氧发生器，另一端连接臭氧尾气处理装置。连接好气路后，调节加热装置，对石英管进行加热，反应温度控制在30℃。通入氧气源臭氧发生器产生的气体，其中，臭氧的浓度为10mg/L，工作压强保持为0.1Mpa，持续供气时间为0.5小时后，关闭臭氧发生器，切断气体供应，待石英管温度降至室温后将试样取出，并放入干净、干燥的玻璃器皿内保存。经处理后所得试样仍呈现金黄色；氮化钛陶瓷涂层显微硬度为HV1145.6(±46.4)，与未处理试样相比无统计学差异；同时保持良好的耐磨性；蒸馏水水接触角为35°，这说明经本专利技术方法处理后的氮化钛陶瓷层的表面润湿性能有所改善；扫描电镜观察结果表明，经过臭氧处理的试样表面形貌未发生变化。同时，利用臭氧强的氧化能力去除氮化钛陶瓷表面附着的含碳污染物，增加表面能，改善润湿性能；臭氧使氮化钛(TiN)浅表层(数纳米深度)发生部分氧化，生成TiON化学态，该化学态与TiN相比，在人体体液内呈现更明显的电负性，从而生物活性更高。另外，本专利技术处理中的臭氧浓度、加热温度以及进气时间对处理结果影响较大，在实施例以及对比例中将详细说明。对比例1与实施例1的不同之处：臭氧浓度由10mg/L减少为2mg/L。经处理后所得试样仍呈现金黄色；蒸馏水水接触角为63°，与处理前相比下降幅度不大；氮化钛陶瓷涂层显微硬度为HV1125.3(±58.1)，与未处理试样相比无统计学差异。对比例2与实施例1的不同之处：臭氧浓度由10mg/L增加为30mg/L。经处理后所得试样仍呈现金黄色；蒸馏水水接触角为24°，与处理前相比下降幅度明显；氮化钛陶瓷涂层显微硬度为HV1178.5(±62.4)，与未处理试样相比无统计学差异。因此，当臭氧浓度减小时，处理后所得试样表面润湿性变化较小；当臭氧浓度增加时，所得试样表面润湿性改善较明显。实施例2处理方法与实施例1基本相同，不同之处为：加热温度控制在100℃，臭氧的浓度为20mg/L，持续供气时间为2小时。经处理后所得试本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用臭氧处理改善氮化钛陶瓷涂层生物活性的方法，其特征在于包括如下步骤：(1)将带有氮化钛陶瓷涂层的试样装入无机管内；(2)加热无机管，并控制加热温度在30‑150℃之间；(3)向无机管内通入臭氧，其中，臭氧浓度为10‑30mg/L，工作压强保持为0.1Mpa，供气时间为0.5‑6小时；(4)反应一定时间后，停止供气，待无机管的温度降至室温后取出试样，并置于密封的无机材质类器皿中保存。

【技术特征摘要】
1.一种利用臭氧处理改善氮化钛陶瓷涂层生物活性的方法，其特征在于包括如下
步骤：
(1)将带有氮化钛陶瓷涂层的试样装入无机管内；
(2)加热无机管，并控制加热温度在30-150℃之间；
(3)向无机管内通入臭氧，其中，臭氧浓度为10-30mg/L，工作压强保持为0.1Mpa，
供气时间为0.5-6小时；
(4)反应一定时间后，停止供气，待无机管的温度降至室温后取出试样，并置于
密封的无机材质类器皿中保存。
2.根据权利要求1所述利用臭氧处理改善氮化钛陶瓷涂层生物活性的方法，其特
征在于：步骤(1)中，所述氮化钛陶瓷涂层由气体渗氮、气相沉积或磁控溅射方法制
备。
3.根据权利要求1或2所述利用臭氧处理改善氮化钛陶瓷涂层生物活性的方法，
其特征在于：所述无机管为石英管、普通玻璃管、陶瓷管或金属管。
4.根据权利要求1所述利用臭氧处理改善氮化钛陶瓷涂层生物...

【专利技术属性】
技术研发人员：史兴岭，徐玲利，周广宏，
申请(专利权)人：江苏科技大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32