本发明专利技术公开了一种蜂窝状多孔结构二氧化钛薄膜及其制备方法。该多孔结构二氧化钛薄膜是以钛基前驱体分子为构筑基元，采用呼吸图案法以水滴为动态模板，进行表面溶胶凝胶过程制备得到的。该多孔二氧化钛薄膜的孔径尺寸可以在材料制备过程中通过改变试验参数实现动态控制，如前驱体溶液浓度、混合溶剂的组成、气体流速等。该多孔二氧化钛薄膜相对于钛箔具有更好的细胞相容性，可以铺展于钛基种植体材料表面，用于改善其生物相容性和生物活性，缩短种植体材料与人体的骨整合时间。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种。
技术介绍
现代科学技术的进步已使得人类能够进行改造和创建新的生命形态，器官的人工化成为当今医学科学的尖端技术之一。其潜在的核心是医用生物材料的开发，医用生物材料的发展将使人们把处理人体失去功能组织的方法由组织去除、组织替代最终实现组织重建。在医用生物材料的应用中，人工牙、人工关节和人工骨等硬组织替代材料占有较大比例，并以较快速度增长。在人工种植体的研究和应用中，与传统的不锈钢和钴基合金相比，钛及其合金由于具有低密度、低模量、高强度、优异的生物相容性和耐腐蚀性等特点而在生物材料领域获得越来越广泛的应用，而且钛在地壳中储量丰富(O. 6%，在所有元素中排第9位，在常用金属元素中仅次于铁、镁、铝排第4位)，具有进一步开发的潜在优势，是理想的、应用前景广阔的生物医学工程材料。然而，在将钛种植体植入人体后，外科手术扰乱了人体组织和器官的正常功能，种植体常常需要几周、甚至是几个月的时间才能够与人骨完成较好的骨整合。因此，为缩短种植后的愈合期，提高骨整合的效果，有关钛表面活性化处理的研究日益得到重视。它主要包括两个方面的内容，一是获得能与骨形成骨性结合的活性表面，二是实现钛表面磷灰石涂层的自生。目前，研究者们主要采用的方法为化学处理法和溶胶凝胶法。化学处理法主要是对表面进行酸化、碱化、过氧化氢氧化等化学处理，利用化学处理可在钛表面诱发形成一层生物活性层，从而促进钛种植体的骨性结合，提高结合强度。溶胶凝胶法是指采用溶胶凝胶法，在种植体表面沉积二氧化钛、磷酸钙、二氧化硅涂层。活化后的表面显示出良好的愈合效应和骨性结合，是一个值得进行系统深入研究的领域。近年来，多孔二氧化钛薄膜由于其较好的生物相容性、生物活性、化学稳定性及高的比表面积，常被用来修饰钛基种植体材料，以改善其生物相容性、生物活性和传导性。最常用的多孔二氧化钛薄膜的合成方法是以表面活性剂或是胶体晶体为模板的溶胶凝胶法。之后会采用热处理方法或是合适的溶剂选择性溶解的方法除去模板。如此制备的多孔薄膜孔径尺寸固定为模板的尺寸，整个过程复杂、耗钱、耗时。研究者们亟需寻找一种更简单、通用的制备多孔薄膜涂层的方法。呼吸图案法是一种非常有前景的、制备具有规则六边形孔阵列多孔薄膜的自组织方法。该方法的要点是有机溶剂蒸发引起的冷凝以及之后的水滴模板的形成。自从1994年Widawski等人首次使用呼吸图案法制备出聚苯乙烯-聚苯撑嵌段共聚物的有序多孔薄膜，该方法便成为了材料科学领域的一个重要的研究热点。目前，均聚物、共聚物、两亲共聚物、金属纳米粒子、小分子等多种物质已经被用作构筑基元，制备尺寸在50纳米到20微米之间的多孔薄膜。呼吸图案法以其低消耗、操作简便、可大面积制备等优点为多孔薄膜的制备领域带来了新的希望。至今还没有关于使用呼吸图案法制备蜂窝状多孔结构二氧化钛涂层种植体材料方面的披露。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种可应用于钛基种植体表面修饰的、尺寸可调控的、生物相容性的蜂窝状多孔结构二氧化钛薄膜及其制备方法。本专利技术所提供的蜂窝状多孔结构二氧化钛薄膜是以钛基前驱体分子为构筑基元，采用呼吸图案法以水滴为动态模板，进行表面溶胶凝胶过程制备得到。具体方法包括如下步骤I)将钛基前驱体溶液涂布在基底表面；2)对所述步骤I)的溶液表面吹拂具有一定湿度的潮湿气流，直至溶液中的水和 有机溶剂全部挥发，得到蜂窝状多孔薄膜；3)将所述步骤2)中所得多孔薄膜在室温下陈化；4)将所述步骤3)中陈化后的多孔薄膜在高温下煅烧，得到具有特定晶型的二氧化钛多孔薄膜。上述步骤I)中，所述钛基前驱体选自以下钛的醇盐和无机盐中的一种或是多种组合，如四氯化钛、钛酸四丁酯、钛酸异丙酯、钛酸四乙酯。所述钛基前驱体溶液中使用的溶剂为氯仿或甲苯和氯仿的混合溶剂；所述混合溶剂中甲苯的体积含量为0-60%，优选5-40%。所述钛基前驱体溶液的浓度为2-12mg/mL,优选4-10mg/mL。上述步骤I)中，制成所述基底的材料具体可选自下述任意一种玻璃盖玻片、硅片、铝箔、锡箔、钛箔、云母、PET膜和PS膜。所述基底材料的形状为平板、凹凸不平的基面、圆柱状或是不规则形状的表面。上述步骤2)中，所述潮湿气流的湿度为41-92%，优选50-70%。所述潮湿气流的气流速度为 50-400mL/min，优选 200_400mL/min。上述步骤2)中，所述蜂窝状多孔薄膜的孔径尺寸为4_13μπι，由无定形的二氧化钛组成。上述步骤3)中，所述室温陈化的陈化时间为O. 5_96h，优选24_48h。上述步骤4)中，所述高温煅烧的煅烧温度为400_600°C，优选450_550°C。所述高温煅烧的煅烧时间为l_4h，优选2-3h。本专利技术所制备的二氧化钛多孔薄膜为锐钛矿晶相，具有蜂窝状多孔结构。本专利技术具有如下有益效果I)本专利技术首次采用小分子金属有机化合物为构筑基元，通过呼吸图案法制备得到大面积的、孔径尺寸分布均匀的多孔薄膜材料。2)本专利技术可以在材料制备过程中改变溶液中的前驱体溶液浓度、混合溶剂的组成、气体流速，实现对多孔薄膜孔径尺寸的动态控制。3)本专利技术制备得到的蜂窝状多孔二氧化钛薄膜相对于钛箔具有更好的生物相容性，可以铺展于钛基种植体表面，改善其细胞相容性和生物活性。附图说明图I为实施例I制备的无定形的二氧化钛多孔薄膜扫描电镜照片。图2为实施例I制备的锐钛矿晶相的二氧化钛多孔薄膜扫描电镜照片。图3为实施例I制备的二氧化钛多孔薄膜的XRD谱图。曲线a为高温煅烧前的多孔薄膜的电子衍射图谱，曲线b为高温煅烧后的多孔薄膜的电子衍射图谱。图4为实施例I制备的煅烧后的二氧化钛多孔薄膜对小鼠胚胎成纤维细胞的细胞毒性测试。(A)为煅烧后的二氧化钛多孔薄膜，(B)为钛箔对照样，(C)为玻璃基底对照样。具体实施例方式下面将结合实施例及附图对本专利技术进行详细描述，以便于本领域技术员理解和实施本专利技术，并进一步认识本专利技术的优点。·除非在本专利技术说明书中另有定义，否则在此所有的技术术语都是根据本领域一般技术人员所通常使用和理解的惯用定义来使用。下述实施例中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。实施例I、制备具有生物相容性的蜂窝状多孔二氧化钛薄膜I)配制6mg/mL钛酸四丁酯溶液，溶剂为甲苯和氯仿混合溶剂，其中甲苯的体积含量为6%,将该溶液涂布在干净的盖玻片上。2)在步骤I)所得表面吹拂湿度为68%，气速为250mL/min的潮湿气流，Imin后得到白色的薄膜，其微观结构如图I所示，所得薄膜具有均匀的蜂窝状多孔结构，平均孔径尺寸为6. I μ m。3)将步骤2)所得多孔薄膜在室温下陈化48h。4)将步骤3)所得多孔薄膜在马弗炉中煅烧，煅烧温度为450°C，煅烧时间为2. 5h。煅烧后的多孔薄膜如图2所示，蜂窝状多孔结构得到了很好的保持，但相比于煅烧前，其孔壁略微变薄，这是由于其在煅烧过程中发生进一步的缩聚反应造成的。通过上述步骤的制备过程，可以得到大面积的、有序的多孔薄膜。使用X射线衍射仪分别得到上述步骤2)和4)所得材料的XRD谱图，如图3所示，其中曲线a是上述步骤2)中所得多孔薄膜的XRD谱图，曲线b是上述步骤4)中所得多孔薄膜的XRD谱图，煅烧前的多孔薄膜为无定形的二氧化钛，而煅烧本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种制备蜂窝状多孔结构二氧化钛薄膜的方法，包括下述步骤：1)将钛基前驱体溶液涂布在基底表面；2)向步骤1)的钛基前驱体溶液表面吹拂潮湿气流，直至溶液中的水和有机溶剂全部挥发，得到蜂窝状多孔薄膜；3)将步骤2)中所述蜂窝状多孔薄膜在室温下陈化；4)将步骤3)得到的陈化后的多孔薄膜在高温下煅烧，得到所述蜂窝状多孔结构二氧化钛薄膜。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：李峻柏，李红，
申请(专利权)人：中国科学院化学研究所，
类型：发明
国别省市：
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