一種促進Ti6Al7Nb合金表面鈣、磷沉積的表面處理方法
【專利摘要】本發明屬于生物醫用鈦合金表面制備【技術領域】，主要涉及的是一種促進Ti6Al7Nb合金表面鈣、磷沉積的表面處理方法。采用噴砂/酸蝕復合的表面處理工藝制備出的Ti6Al7Nb合金表面呈現出微米級的多孔表面，表面呈現圓形或橢圓形，孔洞邊緣銳利；多孔的Ti6Al7Nb合金表面能夠促進模擬體液中鈣、磷的沉積；噴砂與酸蝕工藝均不需要高溫、高壓環境，設備簡單，操作步驟簡單易行。
【專利說明】-種促進T i 6A17Nb合金表面鈣、磷沉積的表面處理方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于生物醫用鈦合金表面制備【技術領域】，主要涉及的是一種促進Ti6A17Nb 合金表面鈣、磷沉積的表面處理方法。
【背景技術】
[0002] 隨著材料學及口腔醫學的快速發展，為了避免傳統口腔修復中存在的基牙損傷、 齦緣黑線、牙槽骨吸收等問題，種植修復被越來越多的應用于口腔修復中。由于鈦及鈦合金 良好的機械性能及生物相容性，被廣泛用作口腔種植材料。鈦最早應用于整形外科、骨科 和口腔醫學等醫學領域是由Bothe等在1940年提出的，1952年Branemar首次把鈦作為種 植體材料應用于口腔醫學領域。長期的臨床觀察發現，鈦種植體隨訪10-15年的成功率在 89%以上，但隨著鈦種植體的廣泛應用，也逐漸暴露其作為種植體材料的不足，如純鈦的硬 度、強度等方面不能完全滿足臨床的需求。Bridgeman研究結果表明鈦合金比純鈦的固位力 強，Vallittu研究證實鈦合金比純鈦的抗疲勞斷裂能力強，因此如果鈦合金經過表面處理 后，能獲得良好的生物相容性及生物活性，將為種植體材料提供更優異的性能。生物醫學上 使用的第一代鈦合金以Ti-6A1-4V為代表由于A1、V對于生物體有毒副作用，作為植入材料 對人體存在潛在的毒性，因此，研究者開始選用Nb、Ta、Zr、Sn等無毒性元素，研發出第二代 無毒性、低模量的β鈦合金，其主要代表有Ti-6Al-7Nb、Ti-13Nb-13Zr、Ti-15M〇-5Zr-3Al、 Ti-35Nb-7Zr-5Ta、Ti-29Nb-13Zr-7. IZr等。醫用第二代鈦合金就此開始逐漸替代第一代鈦 合金Ti-6A1-4V，Ti-6Al-7Nb與Ti-6A1-4V合金都具有α+β相微觀組織結構和良好的機 械性能，而且其具有更加致密的鈍化膜，其抗腐蝕性比純鈦和Ti-6A1-4V合金要好。骨一種 植體的骨結合是代謝活躍的骨組織和具有生物相容性的金屬兩種不同材料的結合，除了宿 主因素（如患者的生理條件和可用骨量等）和醫源性因素（如手術損傷和負重時機等）以 夕卜，最主要的影響因素是植入體的表面處理技術，表面處理技術可在保留鈦及其合金原有 優良性能的基礎上，改善其臨床使用效果。國內外學者采用不同方法對鈦基種植體表面改 性處理，如采用等離子噴涂、微弧氧化、電化學沉積等不同技術在鈦基表面制備生物活性涂 層，但這些方法制備的涂層存在與基體結合強度低、涂層長期穩定性等問題，難以滿足臨床 應用要求。鈦基種植體經過噴砂/酸蝕復合處理后形成粗糙多孔的表面有利于引導成骨細 胞趨化，加速骨結合，增強了種植體的抗扭矩的性能，是目前臨床上的鈦種植體表面處理的 主要方法之一。把噴砂/酸蝕復合處理技術經過改良應用于Ti6A17Nb表面，提高Ti6A17Nb 的生物活性，將為口腔種植體的材料提供更加優越的材料性能及生物相容性。
[0003] 噴砂/酸蝕表面處理技術采用大顆粒噴砂與特定酸蝕處理相結合，是一種新型非 涂層鈦材料植入體表面改性方法，特點在于噴砂后進行酸蝕處理，可清除掉殘留在鈦表面 的噴砂顆粒，不但保留了噴砂形成的較大"凹面"（一級孔洞結構），而且增加了酸蝕形成的 較小"凹陷"（二級孔洞結構），優化了植入體表面的超微孔洞結構。噴砂造成的凹陷能夠促 進細胞在材料表面的停留，而酸蝕處理使植入體表面的砂坑深度增加，使骨細胞黏附增強， 能達到類似于細胞性偽足的效果，出現細胞黏附現象。和其他類型的表面處理相比，這種表 面更能刺激植入體周圍具有成骨細胞的增殖和分裂，產生更多的化學介質和生長因子。與 單純酸蝕表面相比，采用噴砂酸蝕技術處理后的表面具有更強的骨結合力及較大的移動轉 矩。
[0004] 鈣、磷是天然骨的無機組成部分，種植體材料表面鈣、磷沉積表面材料具有良好的 生物相容性、骨誘導性，可誘導形成羥基磷灰石，利于蛋白質和細胞吸附并提高吸附細胞的 活性，對鈦生物活性起著重要作用，有利于骨結合，鈣、磷是人體骨骼和牙齒的主要組成成 分，鈣與磷的比值為1. 67,因此如果沉積在鈦片表面的Ca、P比值越接近1. 67,則骨誘導能 力越強，越容易促進種植體與骨結合，有利于種植體植入后的效果，更能提高口腔種植體植 入的成功率。
【發明內容】
[0005] 本發明針對上述技術內容存在的問題，首次在Ti6A17Nb表面采用噴砂/酸蝕復合 的表面處理工藝制備出一種促進Ti6A17Nb合金表面鈣、磷沉積的表面處理方法。本發明采 取的技術方案：
[0006] 第一步進行預處理：將Ti6A17Nb棒材切割成為Φ 10mmX 10mm的圓柱形試塊，用分 析純丙酮、無水乙醇和去離子水超聲清洗各15分鐘，然后選取一個平整的底面，在自動旋 轉打磨儀上，依次用400#、600#、1200#的防水SiC砂紙將選取的平面逐級打磨，直到獲得劃 痕均勻一致的光滑表面，然后用無水乙醇超聲波清洗15分鐘，將經過打磨后的Ti6A17Nb烘 干后，放入干燥箱內以室溫保存待用；
[0007] 第二步進行噴砂處理：將吸入式干噴砂機固定在臺虎鉗上，噴砂介質為白剛玉砂， 粒度為60#，尺寸約為250-300 μ m，將Ti6A17Nb固定在平口鉗上，使吸入式干噴砂機的槍頭 和Ti6A17Nb表面保持一定的距離，噴射角度選擇75°，將噴砂機的氣壓調至為0. 3MPa氣 壓，對Ti6A17Nb表面進行噴砂處理，噴砂時間30秒，然后將噴砂處理后的Ti6A17Nb用去離 子水沖洗，再用無水乙醇和去離子水各超聲清洗10分鐘，烘干，得到噴砂處理的Ti6A17Nb ;
[0008] 第三步進行酸蝕處理：先將鹽酸（HC1)、硫酸（H2S04)和水（H 20)按2 :12 :11的比 例混合，配制溶液過程中注意密封處理以防止HC1的揮發，然后將配好的酸蝕溶液加熱至 沸騰狀態，保持溫度不變；再將Ti6A17Nb置于溫度為50°C的蒸餾水中保溫2分鐘；然后置 于加熱的酸蝕溶液中，當將Ti6A17Nb放入酸蝕溶液初期時，Ti6A17Nb表面會有氣泡產生， 隨著酸蝕時間的不斷增加，Ti6A17Nb表面產生的氣泡越來越多，并且觀察到酸蝕溶液由無 色變成紫色；
[0009] 第四步進行清洗處理：將酸蝕處理后的Ti6A17Nb用去離子水超聲清洗10分鐘，烘 干，得到酸蝕出來的Ti6A17Nb ;
[0010] 第五步配制模擬體液，模擬體液由SBF溶液是由8. 035g的NaCl、0. 355g的NaHC03、 0· 225g 的 KC1、0. 231g 的 Κ2ΗΡ043Η20、0· 311g 的 MgCl26H20、0. 292g 的 CaCl2 和 0· 072g 的 Na2S04溶于1000ml去離子水中，SBF的離子濃度與人體血漿中離子濃度接近，以三羥甲基氨 基甲燒（tris-hydroxymethyl-aminomethane，（CH 2OH)3CNH2)和 l.Omol/L HC1 調整 37°C時 的 pH 為 7. 40 ;。
[0011] 表1:SBF溶液離子濃度
[0012]
【權利要求】
1. 一種促進Ti6A17Nb合金表面鈣、磷沉積的表面處理方法，其特征在于： 第一步進行預處理：將Ti6A17Nb棒材切割成為Φ lOmmX 10mm的圓柱形試塊，用分析 純丙酮、無水乙醇和去離子水超聲清洗各15分鐘，然后選取一個平整的底面，在自動旋轉 打磨儀上，依次用400#、600#、1200#的防水SiC砂紙將選取的平面逐級打磨，直到獲得劃痕 均勻一致的光滑表面，然后用無水乙醇超聲波清洗15分鐘，將經過打磨后的Ti6A17Nb烘干 后，放入干燥箱內以室溫保存待用； 第二步進行噴砂處理：將吸入式干噴砂機固定在臺虎鉗上，噴砂介質為白剛玉砂，粒度 為60#，尺寸約為250-300 μ m，將Ti6A17Nb固定在平口鉗上，使吸入式干噴砂機的槍頭和 Ti6A17Nb表面保持一定的距離，噴射角度選擇75°，將噴砂機的氣壓調至為0. 3MPa氣壓， 對Ti6A17Nb表面進行噴砂處理，噴砂時間30秒，然后將噴砂處理后的Ti6A17Nb用去離子 水沖洗，再用無水乙醇和去離子水各超聲清洗10分鐘，烘干，得到噴砂處理的Ti6A17Nb ; 第三步進行酸蝕處理：先將鹽酸、硫酸和水按體積比為2 :12 :11的比例混合，配制溶液 過程中注意密封處理以防止HC1的揮發，然后將配好的酸蝕溶液加熱至沸騰狀態，保持溫 度不變；再將Ti6A17Nb置于溫度為50°C的蒸餾水中保溫2分鐘；然后置于加熱的酸蝕溶液 中，當將Ti6A17Nb放入酸蝕溶液初期時，Ti6A17Nb表面會有氣泡產生，隨著酸蝕時間的不 斷增加，Ti6A17Nb表面產生的氣泡越來越多，并且觀察到酸蝕溶液由無色變成紫色； 第四步進行清洗處理：將酸蝕處理后的Ti6A17Nb用去離子水超聲清洗10分鐘，烘干， 得到酸蝕出來的Ti6A17Nb ; 第五步配制模擬體液，模擬體液由8. 035g的NaCl、0. 355g的NaHC03、0. 225g的KC1、 0· 231g 的 Κ2ΗΡ043Η20、0· 311g 的 MgCl26H20、0. 292g 的 CaCl2 和 0· 072g 的 Na2S04 溶于 1000ml 去離子水中，SBF的離子濃度與人體血漿中離子濃度接近，以三羥甲基氨基甲烷和1. Omol/ L HC1調整37°C時的pH為7. 40 ; 第六步模擬體液浸泡，將Ti6A17Nb樣品放入孔板中，加入10ml模擬體液，放入37. 5°C 恒溫箱中，每2天更換一次模擬體液，在第21天時取出Ti6A17Nb樣品，去離子水清洗，在 40°C溫度環境下進行烘干。
【文檔編號】C23F17/00GK104152873SQ201410334925
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年7月14日 優先權日:2014年7月14日
【發明者】張靜瑩 申請人:大連大學