一种具有微纳分级通透性的钛表面材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开一种具有微纳分级通透性的钛表面材料及其制备方法，包括如下步骤：（1）喷丸：喷丸角度为45°—60°，工作距离为1.5cm，运用直径400μm的SiO2球对钛片喷丸30－50s形成表面粗化，压力为0.4-0.5MPa；（2）酸蚀：应用HCL和H2SO4在80℃下对粗化表面酸蚀30－60min，去除表面杂质；（3）碱化热处理：将步骤（2）获得的钛片在80℃下应用5mol/L NaOH 进行碱化热处理2—6小时，得到具有微纳分级、规则有序的通透性表面形貌。本发明专利技术提供的喷丸、酸蚀、碱化热处理的复合工艺，提高了种植体的生物相容性，增强与骨组织的结合力，加快了骨整合。

【技术实现步骤摘要】
一种具有微纳分级通透性的钛表面材料及其制备方法
本专利技术涉及口腔种植及口腔颌面部赝复体修复领域，更具体地讲，涉及钛表面形成微纳分级通透性结构的方法。
技术介绍
目前认为钛表面结构需具有微－纳分级，规则有序，有一定的粗糙度及亲水性。此外，在生物学的角度上，具有一定通透性的表面互穿结构可以促进细胞间的新陈代谢及体液交换，从而有利于材料表面的骨整合。主流种植体的表面形貌特点简要介绍：ITI于2005年提出的SLActive技术，即在氮气保护下，250-500μmAL2O3大颗粒喷砂＋125-130℃HCI＋H2SO4酸蚀5min，形成表面具有超亲水性的微米、亚微米级表面结构。缺点：该结构未形成纳米级结构，且有文献报道超亲水性及超疏水性都会对细胞与材料表面的结合产生负面影响（AlisonGHarvey,ErnieWHill,ArdeshirBayat,etal.Designingimplantsurfacetopographyforimprovedbiocompatibility.ExpertRev.MedDevices2013，10(2),257-267），该结构无连通性，不利于细胞间的物质交换及新陈代谢。Nobel采用阳极氧化方法对于种植体表面进行处理：硝酸钠甲醇溶液为电解液，小于800℃和小于2h氧化处理得到不同厚度和不同Ti/O比的无定形TiO2，经热处理转化成锐钛矿型的TiO2。缺点：该结构未形成微纳分级结构，且各个纳米孔无连通性，不利于细胞间的物质交换及新陈代谢。有研究通过阳极氧化＋酸蚀的方法得到具有分级多孔的海绵状结构，该材料具有2-6μm／10-100nm的表面形貌，其氧化膜厚度在550nm（PinliangJiang，LongxiangLin，FanZhang，etal.Electrochemicalconstructionofmicro-nanospongelikestructureontitaniumsubstrateforenhancingcorrosionresistanceandbioactivity.ElectrochimicaActa2013，107:16-25），缺点：该结构表面微米孔径过小，且表面氧化层薄，表面锐利，不利于成骨细胞粘附。且试验条件复杂、苛刻，可重复性差。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，提供一种使得种植体表面形貌微纳分级、规则有序并具有通透性结构的喷丸、酸蚀、碱化热处理的复合工艺。本专利技术的第二个目的在于提供具有微纳分级通透性表面形貌的种植体。为实现以上目的，本专利技术公开以下技术方案：一种具有微纳分级通透性的钛表面材料制备方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）喷丸：喷丸角度为45°—60°，工作距离为1.5cm，运用直径400μm的SiO2球对钛片喷丸30－50s形成表面粗化，压力为0.4-0.5MPa；（2）酸蚀：应用HCL和H2SO4在80℃下对粗化表面酸蚀30－60min，去除表面杂质；（3）碱化热处理：将步骤（2）获得的钛片在80℃下应用5mol/LNaOH进行碱化热处理2—6小时，得到具有微纳分级、规则有序的通透性表面形貌。作为一个优选方案，步骤（1）中喷丸时间为40s，压力为0.5MPa。作为一个优选方案，步骤（2）中HCL浓度为5.8mol/L，H2SO4浓度为8.96mol/L。作为一个优选方案，步骤（2）中酸蚀时间为30min。作为一个优选方案，步骤（3）中碱化热处理时间为4小时。为实现本专利技术第二个目的，本专利技术提供利用上述方法制备获得的具有微纳分级通透性表面形貌的种植体。本专利技术的优点在于：（1）成骨细胞的直径为20-40μm，喷丸形成了40μm左右的微米级结构单元有利于成骨细胞的铺展，此外，本专利技术运用台式喷丸机进行固定角度，固定工作距离，固定压力及时间的喷丸，大大提高喷丸效果和可重复性及产率；（2）本专利技术运用双酸酸蚀，可以很好的去除喷丸残留的杂质、形成亚微米级的孔洞，且酸蚀过程在80℃进行，减少了酸的挥发及喷溅，大大降低了工业生产中的风险；（3）本专利技术通过碱化热处理方法，在微米－亚微米结构基础上形成纳米级的互穿结构，从而得到微纳分级、规则有序的通透性表面形貌，该步骤工序简单，控制方便，安全性高，有利于大规模工业生产；（4）本专利技术提供的喷丸、酸蚀、碱化热处理的复合工艺，提高了种植体的生物相容性，增强与骨组织的结合力，加快了骨整合。附图说明图1表示喷丸后完成表面粗化。图2表示喷丸、酸蚀后纯钛表面形成直径40-60μm的微米级结构单元。图3表示接种24小时的成骨细胞完全铺展于微米级孔洞内并且伪足充分伸展。图4表示高倍下观察喷丸酸蚀后的纯钛表面形貌，其形貌规则，表面酸蚀均匀且充分。图5为材料表面成分分析。图6表示在喷丸、酸蚀基础上，将钛片进行碱化热处理后得到具有微纳分级、规则有序的通透性表面形貌。图7表示喷丸、酸蚀、碱化热处理后高倍下可见宽片状互穿网状结构。图8为工艺流程图。图9MTT实验检测不同钛片表面细胞增殖能力，Control略优于实验组，但无显著差异。图10铺展2h各组钛片表面的细胞形貌，SLA＋HT组铺展细胞数及伪足数最多，细胞伸展最为充分。图11铺展24h各组钛片表面的细胞形貌，SLA＋HT组铺展细胞数及伪足数最多，细胞伸展最为充分并连接成片。图12分别在1d和4d对各组钛片表面ALP活性进行检测，SLA+HT组的钛片表面能够增强成骨细胞的ALP活性。图13Real－timePCR在4d、7d和14d对各组钛片表面成骨相关基因的表达进行检测，SLA+HT处理的钛片表面可以促进成骨细胞中成骨相关基因的表达。具体实施方式下面结合具体实施例，进一步阐述本专利技术。下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。应理解，这些实施例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围。实施例1.图8为本专利技术的工艺流程图。首先，在喷丸角度：50°，工作距离为1.5cm，运用400μm直径SiO2球对钛片喷丸40s，压力为0.5MPa，完成表面粗化（如图1）。其次，应用5.8mol／LHCL＋8.96mol／LH2SO4在80℃下对粗化表面酸蚀30min，去除表面杂质。图2所示喷丸、酸蚀后纯钛表面形成直径40-60μm的微米级结构单元，而接种24小时的成骨细胞可以完全铺展于微米级孔洞内并且伪足充分伸展（如图3）。图4为高倍下观察喷丸酸蚀后的纯钛表面形貌，其形貌规则，表面酸蚀均匀且充分，对于该表面进行成分分析，无杂质残留（如图5）。在喷丸、酸蚀基础上，将钛片在80℃下应用5mol/LNaOH进行碱化热处理4小时，得到具有微纳分级、规则有序的通透性表面形貌（如图6），高倍下可见宽片状互穿网状结构（如图7）。实施例2.首先，在喷丸角度：60°，工作距离为1.5cm，运用400μm直径SiO2球对钛片喷丸50s，压力为0.5MPa，完成表面粗化。其次，应用5.8mol／LHCL＋8.96mol／LH2SO4在80℃下对粗化表面酸蚀50min，去除表面杂质。在喷丸、酸蚀基础上，将钛片在80℃下应用5mol/LNaOH进行碱化热处理2小时，得到具有微纳分级、规则有序的通透性表面形貌，高倍下可见宽片状互本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有微纳分级通透性的钛表面材料制备方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）喷丸：喷丸角度为45°—60°，工作距离为1.5cm，运用直径400μm的SiO2球对钛片喷丸30－50s形成表面粗化，压力为0.4‑0.5MPa；（2）酸蚀：应用HCL和H2SO4在80℃下对粗化表面酸蚀30－60min，去除表面杂质；（3）碱化热处理：将步骤（2）获得的钛片在80℃下应用5mol/L NaOH 进行碱化热处理2—6小时，得到具有微纳分级、规则有序的通透性表面形貌。

【技术特征摘要】
2014.11.10 CN 20141062692761.一种具有微纳分级通透性的钛表面材料制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)喷丸：喷丸角度为45°—60°，工作距离为1.5cm，运用直径400μm的SiO2球对钛片喷丸40s形成表面粗化，压力为0.5MPa；(2)酸蚀：应用HCL和H2SO4在80℃下对粗化表面酸蚀，去除表面杂质，酸蚀时间为30min；(3)碱化热处理：将步骤(2)获得的钛片...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘剑楠，徐立群，张陈平，
申请(专利权)人：上海景堂医疗器械有限公司，上海交通大学医学院附属第九人民医院，
类型：发明
国别省市：上海;31