专利名称：医用镍钛记忆合金表面原位除镍制备纳米氧化钛膜的方法
医用镍钛记忆合金表面原位除镍制备纳米氧化钛膜的方法
(一) 技术领域-
本发明涉及一种对生物医用镍钛记忆合金表面进行选择性除镍处理并同 时生长纳米氧化钛多孔膜的方法，属材料表面工程范畴。
(二)
背景技术：
镍钛记忆合金从发现其具有形状记忆效应至今已有40余年，针对它的医 学基础研究开始于70年代，并于80年代初进入临床应用。近10年来，镍钛 记忆合金(Shape Memory Alloy)以其优良的生物相容性、射线不透性、核磁 共振无影响性、力学性能及特殊的形状记忆效应和超弹性等特点，成为重要 的生物医用金属材料之一，用其制作的医疗器械有食道、气管内支架，尿道 支架，宫内避孕器，胆道支架，口腔矫正丝，脑动脉瘤夹，血管内支架，加 压骑缝钉，髓内钉、环抱器、聚髌器，哈伦顿棒等几十种；而且随着介入医 学的发展，又在介入放射学，介入内窥镜检査等诸多医学领域发挥其独特的 作用，应用前景十分广阔，是一个极具发展潜力的高新技术领域。'
生物医学材料在植入人体后，除应满足所需的生物功能外，还应具有良好 的生物相容性，尤其是宿主安全性。镍钛记忆合金在此问题上一直存有争议， 尤其在含氯条件下，耐点蚀性能不理想；已有的研究结果发现的镍钛记忆合金 细胞毒性比纯钛、Ti6A14V和316L不锈钢大。镍钛记忆合金中含Ni高(为 50.7at%)，镍是极为有害的重金属之一，镍金属在体外仅表面接触人体皮肤后 就会引起接触性皮炎，在体内会由于体液腐蚀而产生大量镍离子溶出。现已有 镍钛记忆合金在畸禆矫形应用中引起口腔炎症的报道，国外也有文献报道，镍 的过敏反应发生率为9一28.5%,且女性多见，这说明总有一部份对镍毒性敏 感的高危人群存在；最近，东南大学吕晓迎等用基因表达芯片技术从基因组水 平上研究了N严离子对细胞的分子毒性机理，发现200umol/l浓度的N产离 子溶液处理L929细胞24小时后，其细胞毒性级别虽然评定为0级，但却已经 引起了 636个基因发生差异表达。N产离子对细胞正常生命活动的影响主要表 现为影响氨基酸、脂肪酸、铁的运输过程，物质的囊泡转运，影响了细胞线 粒体内运输、生物合成、催化以及呼吸链上电子传递过程，破坏了线粒体的正
常生物功能；促进了细胞凋亡过程的发生；抑制了与G蛋白相关的信号传导过 程，激活了细胞对外界刺激的检测和应激过程等。因此，镍钛记忆合金植入器 件在人体环境中由于长期体液腐蚀而产生的大量镍离子的释放，在尚未检测出 细胞毒性反应的情况下，就已在基因水平上开始对人体产生危害，从而将会引 起较大的宿主慢性负反应，如致敏，致畸和致癌慢性病变。这些不良负作用 使镍钛记忆合金在人体内使用的安全性遭到质疑，患者心存顾虑，医学应用受 到影响，己成为镍钛记忆合金生物医学应用的最大障碍。
针对这个问题，材料表面改性是既能保持合金原有性能，又能改善合 金表面性质的有效方法之一；而二氧化钛是己被证实具有良好生物相容性 的物质，为此，国内外学者均做了大量的工作，采用了化学、物理、电化 学及生物化学等多种方法对镍钛记忆合金表面进行改性，如溶胶一凝胶 法制备二氧化钛膜，水热合成法制备二氧化钛膜，热氧化，化学钝化，阳 极氧化、激光表面重熔、离子注入、物理、化学气相沉积等等，以此提高 镍钛记忆合金表面耐蚀性和生物相容性，最大限度地减小镍离子对人体的 危害。
目前采用的这些表面改性技术均在不同程度上改善了镍钛记忆合金的 表面性质，使合金耐蚀性和生物相容性得到一定提高，但却各有利弊，物 理的方法大多是线束型加工，受到器械复杂几何形状的限制，且批量生产 成本高；而用化学法吸附、沉积上去的膜层同基体的结合力不高；不采取 外加涂层而原位处理的方法，如热氧化、化学钝化等则无法完全消除表 面镍的存在。
发明内容
本发明的目的在于研发一种既能在镍钛记忆合金表面制备出不含镍的膜 层，并具有一定的生物活性，又能使膜层同基体结合良好，制备加工过程也 不受器械复杂几何形状的限制，同时加工成本也低的技术，即提供一种医用 镍钛记忆合金表面原位除镍制备纳米氧化钛膜的方法，使其具有实际工业应 用价值。
本发明一种医用镍钛记忆合金表面原位除镍制备纳米氧化钛膜的方法， 它提供一种在不溶解镍钛记忆合金中钛的条件下，选择性地快速溶解镍，同 吋生成具有纳米多孔网架结构的氧化钛膜的方法，其制备方法包括如下步骤 将镍钛记忆合金经过机械抛光去掉表面原始氧化层，然后依次用丙酮、无水 乙醇超声清洗；用去离子水按比例配制含有(a)硝基芳香族化合物10 —
500g/l、 (b)无机酸5-60g/l、 (c)胺盐或铵盐10-100g/l、 (d)过氧化氢5-50g/l 的水溶液；然后将经过机械抛光清洗后的镍钛记忆合金置于其中，在常压、 低温10—10(TC下进行处理1一20小时，取出后用蒸馏水清洗干净，自然干 燥即成。
其屮，硝基芳香族化合物为硝基邻苯二甲酸、2—硝基间苯二酚、间硝基
苯磺酸钠等。 其中，无机酸为盐酸、硝酸、硫酸等。 其中，胺盐或铰盐为乙二胺、氯化钕、胺三乙酸等。
本发明的优点和达到的功效是它可实现选择性地将镍从镍钛记忆合金 表面溶解除掉，而钛则基本不发生溶解，保留于基体原位上，可快速原位制 备出从几十至几百纳米厚，且具有纳米多孔网架结构的氧化钛层，由于是原 位制备，膜层同基体结合良好；同时纳米多孔网架结构表面具有较高的活性， 能促进诱导细胞的黏附、增殖及神经、血管等的爬行生长，同时还利于各种 药物的负载，应用于不同的生理环境，因而这种无镍的具有纳米多孔网架结 构的氧化钛膜，与后续各种不同使用需求的处理技术相结合，如在其上通过 分子自组装肝素、仿生沉积HA等，可制备出适用于管腔支架、骨科内固定、 植入、口腔正畸等多方面的镍钛记忆合金医疗器械。
本发明有效地提高了镍钛记忆合金的生物相容性，同时也避免了因镍与 人体骨骼，肌肉，血液、唾液等接触而引起的致敏、致畸、甚至致癌的潜在 危险。本发明由于是化学法表面处理技术，不受医疗器械复杂几何形状的限 制，且低温加工，不损害材料的基本性能，同时成本低、操作简便，可大规 模批量生产。
具体实施例方式
实施例一
本发明一种医用镍钛记忆合金表面原位除镍制备纳米氧化钛膜的方法， 其步骤如下将镍钛记忆合金经过机械抛光去掉表面原始氧化层，然后依次 用丙酮、无水乙醇超声清洗15分钟；用去离子水按比例配制含有(a)硝基邻
苯二甲酸200g/l、 (b)盐酸50g/1、 (c)乙二胺75g/1、 (d)过氧化氢40g/1 、余量 水；常压下，处理温度65。C—70°C，时间l一8小时。
实施例二
本发明一种医用镍钛记忆合金表面原位除镍制备纳米氧化钛膜的方法， 其步骤如下将镍钛记忆合金经过机械抛光去掉表面原始氧化层，然后依次 用丙酮、无水乙醇超声清洗20分钟；用去离子水按比例配制含有(a)2 —硝 基间苯二酚60g/l、 (b)硝酸30g/l、 (c)氯化铵80g/l， (d)过氧化氢15g/l、余量 水；常压下，处理温度75—8(TC，时间1一14小时。
实施例三
本发明一种医用镍钛记忆合金表面原位除镍制备纳米氧化钛膜的方法， 其步骤如下将镍钛记忆合金经过机械抛光去掉表面原始氧化层，然后依次 用丙酮、无水乙醇超声清洗25分钟；用去离子水按比例配制含有(a)间硝基 苯磺酸钠130g/l、 (b)硫酸60g/1、 (c)胺三乙酸40g/1， (d)过氧化氢40g/1 、余量 水；常压下，处理温度80—95'C，时间1一20小时。
木说明书11'所涉及的各种单位说明如下
at% 原子百分比 ymo1/1微摩尔/升
g/1 克/升
权利要求
1、 一种医用镍钛记忆合金表面原位除镍制备纳米氧化钛膜的方法，它提 供一种在不溶解镍钛记忆合金中钛的条件下，选择性地快速溶解镍，同时生 成具有纳米多孔网架结构的氧化钛膜的方法，其特征在于该方法包括如下 步骤将镍钛记忆合金经过机械抛光去掉表面原始氧化层，然后依次用丙酮、 无水乙醇超声清洗；用去离子水按比例配制含有(a)硝基芳香族化合物10 一500g/1、 (b)无机酸5-60g/l、 (c)服盐或铵盐10-100g/l、 (d)过氧化氢5-50g/l 的水溶液；然后将经过机械抛光清洗后的镍钛记忆合金置于其中，在常压、 低温IO — IO(TC下进行处理1一20小时，取出后用蒸馏水清洗干净，自然干 燥即成。
2、 报据权利要求1所述的医用镍钛记忆合金表面原位除镍制备纳米氧化 钛膜的方法，其特征在于所述的硝基芳香族化合物为硝基邻苯二甲酸。
3、 根据权利要求1所述的医用镍钛记忆合金表面原位除镍制备纳米氧化 钛膜的方法，其特征在于所述的硝基芳香族化合物为2 —硝基间苯二酚。
4、 根据权利要求1所述的医用镍钛记忆合金表面原位除镍制备纳米氧化 钛膜的方法，其特征在于所述的硝基芳香族化合物为间硝基苯磺酸钠。
5、 根据权利要求1所述的医用镍钛记忆合金表面原位除镍制备纳米氧化 钛膜的方法，其特征在于所述的无机酸为盐酸。
6、根据权利耍求1所述的医用镍钛记忆合金表面原位除镍制备纳米氧化 钛膜的方法，其特征在于所述的无机酸为硝酸。
7、 根据权利要求1所述的医用镍钛记忆合金表面原位除镍制备纳米氧化 钛膜的方法，其特征在于所述的无机酸为硫酸。
8、 根据权利要求1所述的医用镍钛记忆合金表面原位除镍制备纳米氧化 钛膜的方法，其特征在于所述的胺盐为乙二胺。
9、 根据权利要求1所述的医用镍钛记忆合金表面原位除镍制备纳米氧化 钛膜的方法，其特征在于所述的铵盐为氯化铵。
10、 根据权利要求1所述的医用镍钛记忆合金表面原位除镍制备纳米氧 化钛膜的方法，其特征在于所述的胺盐为胺三乙酸。
全文摘要
一种医用镍钛记忆合金表面原位除镍制备纳米氧化钛膜的方法，它提供一种在不溶解镍钛记忆合金中钛的条件下，快速溶解镍，同时生成具有纳米多孔网架结构的氧化钛膜的方法，包括如下步骤将镍钛记忆合金经过机械抛光去掉表面原始氧化层，依次用丙酮、无水乙醇超声清洗；用去离子水按比例配制含有(a)硝基芳香族化合物10-500g/l、(b)无机酸5-60g/l、(c)胺盐或铵盐10-100g/l、(d)过氧化氢5-50g/l的水溶液；将经过机械抛光清洗后的镍钛记忆合金置于其中，在常压、低温10-100℃下进行处理1-20小时，取出后用蒸馏水清洗干净，自然干燥即成。它提高了镍钛记忆合金的生物相容性，避免了因镍与人体骨骼，肌肉，血液、唾液等接触而引起的致癌等的潜在危险。成本低、操作简便。
文档编号A61L27/50GK101122021SQ20071011970
公开日2008年2月13日 申请日期2007年7月30日 优先权日2007年7月30日
发明者力 何, 王天民, 苏向东, 郝维昌 申请人:北京航空航天大学