介孔二氧化硅/二氧化鈦納米管陣列復合材料的制備方法與流程

本發明屬于藥物緩釋載體和骨修復生物材料領域，具體涉及一種制備介孔二氧化硅納米粒子/二氧化鈦納米管陣列新型復合材料的方法。

背景技術：

具備良好生物學特性的內置物材料已經在骨科手術中得到了廣泛應用。對于內置材料來說，良好的生物相容性是首要條件。鈦和鈦合金具有優秀的機械力學性能、耐腐蝕性和良好的生物相容性，被廣泛應用于骨科和口腔科等。但由于其植入人體后與骨組織難以形成較為牢固的骨鍵合，因此仍無法完全滿足臨床的需要。

在鈦金屬內置物表面構建二氧化鈦納米管陣列，不僅可以有效提高鈦金屬內置物的生物相容性，促進內置物與骨界面整合，而且，由于具有獨特的中空結構、納米管徑以及表面易功能化等特點，二氧化鈦納米管已成為極具吸引力的新型藥物載體，廣泛應用于局部藥物傳輸體系。

介孔二氧化硅納米粒子的大小和形狀便于調控，高孔容和比表面積允許高藥物負載量，靈活的平臺和廣闊的進一步功能化的可能性使其可以應用于靶向藥物釋放和控制藥物釋放。此外，其表面還可以進行細節處理規避不必要的生物相互作用，促進生物利用度和細胞吸收從而免于免疫系統的監督。這將實現根據需要量身定做載體的藥代動力學釋放曲線，提高生物利用度，實現靶向給藥，從而增強治療效果。因此，這種介孔材料被認為是制備藥物載體的良好材料。

技術實現要素：

本發明的目的在于利用水熱法的原理，提供一種新的制備介孔二氧化硅/二氧化鈦納米管陣列的新型復合材料的方法，制備一種藥物緩釋載體和骨修復生物材料。其特征在于：以經過預處理的鈦片為陽極，以鉑片為陰極，通過陽極氧化法在甘油/水體系的電解質溶液中于鈦片表面形成二氧化鈦納米管陣列。將二氧化鈦納米管陣列置于介孔二氧化硅納米粒子分散液中，并通過水熱法在二氧化鈦納米管陣列表面上修飾介孔二氧化硅納米粒子，形成一種新型的介孔二氧化硅納米粒子/二氧化鈦納米管陣列復合材料。

本發明的目的是這樣實現的，所述的介孔二氧化硅納米粒子/二氧化鈦納米管陣列新型復合材料的制備方法，其特征在于包括如下步驟：1）以鈦片為陽極，陽極氧化制備二氧化鈦納米管陣列；2）用溶膠-凝膠法制備介孔二氧化硅納米粒子；3）然后將步驟1）的陽極氧化后的二氧化鈦納米管陣列置于步驟2）制得的介孔二氧化硅納米粒子的分散液中水熱反應，在二氧化鈦納米管陣列的表面修飾上介孔二氧化硅納米粒子。

上述步驟1）的陽極氧化制備二氧化鈦納米管陣列的方法為：以鈦片為陽極，鉑片為陰極，在含氟的甘油/水體系的電解質溶液中，以30~70v電解電壓，電解液溫度為20~50℃條件下陽極氧化2~24h。

上述步驟2）的介孔二氧化硅納米粒子的溶膠-凝膠法制備方法為：以烷基三甲基溴化銨為模板劑，正硅酸乙酯為硅源，氨水調節ph值，攪拌2~4h，過濾、干燥獲得白色固體，白色固體為煅燒前的介孔二氧化硅納米粒子，取白色固體置于馬弗爐中，以1~3℃/min的升溫速率升至500~600℃保溫4~6h，即得煅燒后的介孔二氧化硅納米粒子。

所述的水熱反應制備二氧化鈦納米管陣列表面修飾介孔二氧化硅納米粒子的步驟是：將陽極氧化處理后的二氧化鈦納米管陣列置于用煅燒后的介孔二氧化硅納米粒子與水制成的分散液中，于70~100℃時下水熱反應4~6h，制得二氧化鈦納米管陣列表面修飾介孔二氧化硅納米粒子；或將陽極氧化的二氧化鈦納米管陣列置于用煅燒前的介孔二氧化硅納米粒子與水制成的分散液中，于70~100℃時下水熱反應4~6h，然后用蒸餾水淋洗獲得鈦基體，然后將鈦基體，以1~3℃/min的升溫速率升至500~600℃保溫4~6h，隨爐降溫，即得在二氧化鈦納米管陣列表面修飾了介孔二氧化硅納米粒子的復合材料。

上述含氟的甘油/水體系的電解質溶液采用含氟化銨0.20~0.60wt%的甘油/水體系的電解質溶液，所述的甘油/水體系中的甘油與水的質量比是9:1。

上述氨水調節的ph值范圍為9~10。

本發明上述的復合材料的制備方法制得介孔二氧化硅納米粒子/二氧化鈦納米管陣列新型復合材料。

具體地說，本發明采用的技術方案具體步驟如下：

1）鈦片預處理：將鈦片打磨至光滑，并在hf和hno3的混合酸溶液中刻蝕10~30s，用蒸餾水淋洗，50℃烘干。

2）二氧化鈦納米管陣列的制備：以預處理好的鈦片為陽極，鉑片為陰極，在含氟化銨0.20~0.60wt%的甘油/水體系的電解質溶液中進行陽極氧化2~24h，氧化電壓為30~70v，電解液溫度為20~50℃即得二氧化鈦納米管陣列。

3）介孔二氧化硅納米粒子的制備：以烷基三甲基溴化銨為模板劑，正硅酸乙酯為硅源，氨水調節ph值，過濾，干燥后的白色固體為煅燒前的介孔二氧化硅納米粒子，取部分置于馬弗爐中，以1~3℃/min的升溫速率升至500~600℃保溫4~6h，然后隨爐冷卻，即得煅燒后的介孔二氧化硅納米粒子。

4）水熱制備：將陽極氧化的鈦基體置于含煅燒后的介孔二氧化硅納米粒子的分散液中進行水熱反應，然后取出鈦基體，用蒸餾水淋洗，烘干即得復合材料；或將陽極氧化的鈦基體置于含煅燒前的介孔二氧化硅納米粒子的分散液中進行水熱反應，然后取出鈦基體，用蒸餾水淋洗，烘干，以1~3℃/min的升溫速率升至500~600℃保溫4~6h，然后隨爐冷卻，即得復合材料。

本發明所述的水熱制備反應步驟中，是將陽極氧化處理后的鈦基體置于分散液中，在70~100℃溫度下水熱4~6h。其中分散液是指分別將煅燒前后的介孔二氧化硅納米粒子分散在蒸餾水中。

本發明采用上述方案得到的復合材料具有以下特點：介孔二氧化硅納米顆粒深入二氧化鈦納米管陣列內部，結合強度高，復合載體具有較好的穩定性；介孔二氧化硅/二氧化硅納米管陣列復合材料，具有良好的生物活性，有利于骨細胞的生長和黏附，從而獲得生理骨整合；介孔二氧化硅修飾在二氧化鈦納米管陣列上，可負載生物活性分子如蛋白質、酶、肽等，進一步改善骨整合，也可以負載一些藥物分子，作為藥物緩釋的載體；介孔二氧化硅表面還可以進行細節處理規避不必要的生物相互作用，促進生物利用度和細胞吸收從而免于免疫系統的監督；介孔二氧化硅可以進一步功能化使復合材料可以應用于刺激-響應控制藥物釋放。

附圖說明

圖1為本發明具體實施例1中陽極氧化得到的二氧化鈦納米管陣列的掃描電鏡圖。

圖2為本發明具體實施例1中二氧化鈦納米管陣列經水熱在水熱條件下沉積介孔二氧化硅納米粒子的掃描電鏡圖。

圖3a為本發明具體實施例2中二氧化鈦納米管陣列經水熱在水熱條件下沉積介孔二氧化硅納米粒子的表面微觀形貌圖。

圖3b為本發明具體實施例2中二氧化鈦納米管陣列經水熱在水熱條件下沉積介孔二氧化硅納米粒子的截面的微觀形貌圖。

具體實施方式

實施例1

以鈦金屬為基底，用金相砂紙打磨至光滑，于丙酮中超聲清洗并在4wt%hf-5mol/lhno3的混合酸溶液中刻蝕，用蒸餾水淋洗并超聲，50℃烘干獲得處理好的鈦片。以預處理好的鈦片為陽極，鉑片為陰極，以0.50wt%nh4+10wt%h2o+丙三醇為電解質溶液，其中甘油（丙三醇）與水的質量比是9:1，在60v電壓下陽極氧化24h后，取出，用蒸餾水淋洗，空氣中晾干，即得二氧化鈦納米管陣列，微觀形貌圖如圖1所示，納米管排列緊密，規整，管徑約為210nm。

將5.60mmol十二烷基三甲基溴化銨溶解于122ml蒸餾水中，再加入8g25wt%nh3·h2o，攪拌10min。邊攪拌邊加入10.0g正硅酸乙酯(teos)，再攪拌4h，過濾，蒸餾水洗，110℃下干燥12h，得到白色固體，于540℃下焙燒6h即得介孔二氧化硅納米粒子。

稱取一定量的介孔二氧化硅納米粒子，加入一定量的蒸餾水配置成濃度為0.6×10^-3（wt%）的分散液，將二氧化鈦納米管陣列——鈦基體置于上述分散液中于85℃條件下水熱反應5h，取出二氧化鈦納米管陣列——鈦基體，用蒸餾水淋洗，50℃烘干，其表面形貌如圖2所示，表面覆蓋了一層介孔二氧化硅納米粒子。

實施例2

以鈦金屬為基底，用金相砂紙打磨至光滑，于丙酮中超聲清洗并在4wt%hf-5mol/lhno3的混合酸溶液中刻蝕，用蒸餾水淋洗并超聲，50℃烘干。以預處理好的鈦片為陽極，鉑片為陰極，以0.50wt%nh4f+10wt%h2o+丙三醇為電解質溶液，其中甘油（丙三醇）與水的質量比是9:1，在60v電壓下陽極氧化24h后，取出，用蒸餾水淋洗，空氣中晾干，即得二氧化鈦納米管陣列，微觀形貌圖如圖1所示，納米管排列緊密，規整，管徑約為210nm。

將5.60mmol十六烷基三甲基溴化銨溶解于122ml蒸餾水中，再加入8g25wt%nh3·h2o，攪拌10min。邊攪拌邊加入10.0g正硅酸乙酯(teos)，再攪拌4h，過濾，蒸餾水洗，110℃下干燥12h，得到白色固體，即得為煅燒前的介孔二氧化硅納米粒子。

稱取一定量的煅燒前的介孔二氧化硅納米粒子，加入一定量的蒸餾水配置成濃度為2.0×10^-3（wt%）的分散液，將二氧化鈦納米管陣列——鈦基體置于上述分散液中于85℃條件下水熱反應5h，取出二氧化鈦納米管陣列——鈦基體，用蒸餾水淋洗，50℃烘干，以1℃/min的升溫速率升至540℃保溫6h，然后隨爐冷卻，即得復合材料。其表面形貌如圖3a所示，表面覆蓋了一層介孔二氧化硅納米粒子，從其截面的圖3b可以看出，介孔二氧化硅納米粒子已深入納米管內部。

上述的具體實施方式是對本發明申請的進一步詳細說明，但本發明權利要求保護的范圍并不局限于實施方式中所描述的范圍，凡采用同效變形等的技術方案，均落在本發明權利要求的保護范圍。