一种表面修饰的氧化锆生物陶瓷及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种表面修饰的氧化锆生物陶瓷及其制备方法，陶瓷基体的表面形成锆涂层，随后通过电化学阳极氧化形成氧化锆纳米结构涂层，具有氧化锆纳米结构涂层的陶瓷基体按顺序依次利用富勒烯氧化物、碳纳米管氧化物和石墨烯氧化物进行表面修饰以提高其生物相容性。

【技术实现步骤摘要】
一种表面修饰的氧化锆生物陶瓷及其制备方法
本专利技术涉及生物材料
，尤其涉及一种表面修饰的氧化锆生物陶瓷及其制备方法。
技术介绍
氧化锆(ZrO2)同时具有酸性、碱性、氧化性和还原性，其独有的特点和性质使其在多个领域内具有重要应用，包括燃料电池、气体传感器、催化剂载体、固体电解质和生物医学材料领域等。氧化锆纳米管(ZrO2nanotube)具有更大的比表面积和更强的吸附能力，能够进一步提高ZrO2的性能，因而受到众多研究者的关注和重视。当氧化锆作为修复材料应用于生物医学材料领域中时，除了承担应力支撑组织再生所要求的优异的机械性能外，良好的生物相容性(biocompatibility)也是必须考虑的因素。但是，氧化锆是一种化学惰性的陶瓷材料，其细胞及组织亲和性较差。因此，通过对氧化锆陶瓷进行表面修饰提高其生物亲和性成为氧化锆生物陶瓷研究的重要方向。氧化石墨烯(GrapheneOxide,GO)作为石墨烯的氧化衍生物，因其优异的理化性能以及良好的生物活性受到了组织工程领域研究人员的广泛关注。氧化石墨烯的表面具有丰富的含氧基团，从而能够提供活跃的结合位点，使陶瓷基体能够更易于与特定的生物分子、蛋白和药物相互作用并进一步功能化。本领域已存在采用氧化石墨烯修饰氧化锆材料以改善其机械性能和生物活性的相关研究。中国专利技术CN111035805A公开了一种具有石墨烯-二氧化钛符合抗菌涂层的工件及其制备方法。所述工件包括工件基体，以及设置于工件基体表面的石墨烯-二氧化钛复合抗菌涂层，所述复合抗菌涂层中，石墨烯掺杂在二氧化钛涂层中。该复合抗菌涂层与工件基体之间结合牢固，在赋予工件基体抗菌性能的同时兼具有良好的生物相容性。该专利技术仅简单地将石墨烯掺杂在二氧化钛涂层中，对于细胞粘附的提高效果有限；其次，石墨烯与二氧化钛为粉体混合制备，二氧化钛的晶粒附着在石墨烯片层上或穿插在石墨烯片层之间，这种结合方式在长久使用或遭遇更严苛的使用环境时，石墨烯或二氧化钛容易脱出，削弱材料的机械强度并使得石墨烯的纳米毒性对组织造成损害。
技术实现思路
针对现有技术之不足，本专利技术提供一种表面修饰的氧化锆生物陶瓷，其特征在于，陶瓷基体的表面形成锆涂层，随后通过电化学阳极氧化形成氧化锆纳米结构涂层，具有氧化锆纳米结构涂层的陶瓷基体按顺序依次利用富勒烯氧化物、碳纳米管氧化物和石墨烯氧化物进行表面修饰以提高其生物相容性。根据一种优选的实施方式，所述氧化锆纳米结构涂层是通过将涂覆有锆涂层的陶瓷基体作为阳极，铂片作为对电极，在体积比为1:1的甲酰胺和甘油与1％重量百分比的NH4F和1％重量百分比的H2O混合电解质溶液中进行阳极氧化得到的具有龟裂和裂缝的氧化锆纳米管阵列。根据一种优选的实施方式，阳极氧化后的陶瓷基体浸入3.5％GLYMO/乙醇溶液1小时后取出干燥以使其硅烷化。根据一种优选的实施方式，硅烷化的陶瓷基体浸入含有质量百分比为0.6至0.8mg/ml富勒烯氧化物的去离子水超声分散液中于35至40℃反应1至1.5小时。根据一种优选的实施方式，富勒烯氧化物修饰后的陶瓷基体浸入含有质量百分比为0.6至0.8mg/ml碳纳米管氧化物的去离子水超声分散液中于35至40℃反应1至1.5小时。根据一种优选的实施方式，碳纳米管氧化物修饰后的陶瓷基体浸入含有质量百分比为0.6至0.8mg/ml石墨烯氧化物的去离子水超声分散液中于35至40℃反应1至1.5小时。根据一种优选的实施方式，所述生物陶瓷表面形成富勒烯氧化物、碳纳米管氧化物和石墨烯氧化物嵌入锆纳米管阵列的龟裂和裂缝中的结构。本专利技术还公开了一种表面修饰的氧化锆生物陶瓷的制备方法，所述制备方法至少包括：在陶瓷基体的表面形成锆涂层；通过电化学阳极氧化氧化锆纳米结构涂层；按顺序依次利用富勒烯氧化物、碳纳米管氧化物和石墨烯氧化物对具有氧化锆纳米结构涂层的陶瓷基体进行表面修饰以提高其生物相容性。根据一种优选的实施方式，所述氧化锆纳米结构涂层是通过将涂覆有锆涂层的陶瓷基体作为阳极，铂片作为对电极，在体积比为1:1的甲酰胺和甘油与1％重量百分比的NH4F和1％重量百分比的H2O混合电解质溶液中进行阳极氧化得到的具有龟裂和裂缝的氧化锆纳米管阵列。根据一种优选的实施方式，所述生物陶瓷表面形成富勒烯氧化物、碳纳米管氧化物和石墨烯氧化物嵌入锆纳米管阵列的龟裂和裂缝中的结构。本专利技术的有益技术效果包括以下一项或多项：本专利技术通过在电化学阳极氧化法在陶瓷基体表面构建出含有龟裂和裂缝的氧化锆纳米管阵列，硅烷化后依次通过富勒烯氧化物、碳纳米管氧化物和石墨烯氧化物进行表面修饰，形成富勒烯氧化物、碳纳米管氧化物和石墨烯氧化物嵌入锆纳米管阵列的龟裂和裂缝中的三维结构，提高了表面的修饰率，由此显著提高了陶瓷基体表面的含氧基团的含量，增加其亲水性，具有促进成骨前体细胞粘附的作用，同时也为基于碳基纳米材料的载药缓蚀系统的构件提供了基础。并且，富勒烯氧化物、碳纳米管氧化物和石墨烯氧化物嵌入锆纳米管阵列的龟裂和裂缝中，结合更稳固，防止纳米颗粒游离或脱出陶瓷基体表面。附图说明图1是根据本专利技术沉积的锆涂层的截面SEM图像；图2是根据本专利技术阳极氧化得到的氧化锆纳米管阵列的截面SEM图像；图3是根据本专利技术的表面修饰的生物陶瓷与未经表面修饰的陶瓷基体的生物亲和性测试的荧光显微镜照片；和图4是根据本专利技术的表面修饰的生物陶瓷与未经表面修饰的陶瓷基体的细胞增殖测试结果。具体实施方式下面结合附图1至4进行详细说明。实施例1本实施例公开一种表面修饰的氧化锆生物陶瓷，陶瓷基体的表面形成有锆涂层。随后通过电化学阳极氧化形成氧化锆纳米结构涂层。具有氧化锆纳米结构涂层的陶瓷基体按顺序依次利用富勒烯氧化物、碳纳米管氧化物和石墨烯氧化物进行表面修饰以提高其生物相容性。优选的，陶瓷基体是ZrO2基陶瓷材料。优选的，陶瓷基体添加有CaO、MgO或Y2O3等稳定剂。优选的，利用磁控溅射在陶瓷基体的表面形成锆涂层。优选的，采用磁控溅射制备锆涂层的方法是：将陶瓷基体依次在丙酮、乙醇和去离子水中超声清洗2分钟后室温下通风干燥；随后将陶瓷基体置入JGP450A2型超高真空磁控溅射机，抽真空至10-3Pa，通入Ar气使压强保持在0.5Pa。基体施加-50V偏电压，溅射温度为250℃，电流0.54A，电压280V，功率150W，溅射60分钟后关闭电源和Ar气，陶瓷基体冷却至室温后取出。图1示出了如此沉积的锆涂层的截面SEM图像(使用PhilipsXL30FEG扫描电镜)。优选的，所述氧化锆纳米结构涂层是通过将涂覆有锆涂层的陶瓷基体作为阳极，铂片作为对电极，在体积比为1:1的甲酰胺和甘油与1％重量百分比的NH4F和1％重量百分比的H2O混合电解质溶液中进行阳极氧化得到的具有龟裂和裂缝的氧化锆纳米管阵列。优选的，阳极氧化时间为18至24小时。优选的，对电极的选择对于阳极氧化形成的氧化膜及其断面的形貌具有较大的影响。常用的对电极本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种表面修饰的氧化锆生物陶瓷，其特征在于，陶瓷基体的表面形成锆涂层，随后通过电化学阳极氧化形成氧化锆纳米结构涂层，具有氧化锆纳米结构涂层的陶瓷基体按顺序依次利用富勒烯氧化物、碳纳米管氧化物和石墨烯氧化物进行表面修饰以提高其生物相容性。/n

【技术特征摘要】
20190612 CN 20191050854601.一种表面修饰的氧化锆生物陶瓷，其特征在于，陶瓷基体的表面形成锆涂层，随后通过电化学阳极氧化形成氧化锆纳米结构涂层，具有氧化锆纳米结构涂层的陶瓷基体按顺序依次利用富勒烯氧化物、碳纳米管氧化物和石墨烯氧化物进行表面修饰以提高其生物相容性。


2.如权利要求1所述的表面修饰的氧化锆生物陶瓷，其特征在于，所述氧化锆纳米结构涂层是通过将涂覆有锆涂层的陶瓷基体作为阳极，铂片作为对电极，在体积比为1:1的甲酰胺和甘油与1％重量百分比的NH4F和1％重量百分比的H2O混合电解质溶液中进行阳极氧化得到的具有龟裂和裂缝的氧化锆纳米管阵列。


3.如权利要求2所述的表面修饰的氧化锆生物陶瓷，其特征在于，阳极氧化后的陶瓷基体浸入3.5％GLYMO/乙醇溶液1小时后取出干燥以使其硅烷化。


4.如权利要求3所述的表面修饰的氧化锆生物陶瓷，其特征在于，硅烷化的陶瓷基体浸入含有质量百分比为0.6至0.8mg/ml富勒烯氧化物的去离子水超声分散液中于35至40℃反应1至1.5小时。


5.如权利要求4所述的表面修饰的氧化锆生物陶瓷，其特征在于，富勒烯氧化物修饰后的陶瓷基体浸入含有质量百分比为0.6至0.8mg/ml碳纳米管氧化物的去离子水超声分散液中于...

【专利技术属性】
技术研发人员：孔令兵，张天舒，刘银，董强，
申请(专利权)人：南京赛诺特斯材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32