专利名称：多孔纳米氧化钛基复相生物活性表层及其制备工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及钛基医用种植体(如钛和钛合金牙种植体及骨植入体)表面新型生物活性表层的构成及其制备技术，特别涉及一种多孔纳米氧化钛基复相生物活性表层材料及其微弧氧化制备工艺。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是1)解液的制备将0.2-0.5mol/l的(CH3COO)2Ca·H2O水溶液与0.02-0.06mol/l的β-C3H7Na2O6P·5H2O水溶液或0.2-0.5mol/l的(CH3COO)2Ca·H2O水溶液与0.02-0.06mol/l的C3H7CaO6P水溶液混合制成电解液；2)以钛或钛合金为阳极、金属不锈钢为阴极，采用直流脉冲电源在恒定电压450-700V、初始电流密度8-15mA/mm2、频率500-1000Hz、占空比20-60％、阴阳极板间距8-12cm的条件下对钛或钛合金进行微弧氧化即可。
采用本发明的制备工艺制成的多孔纳米氧化钛基复相生物活性表层，由二氧化钛、钛酸钙、α-磷酸钙和β-焦磷酸钙构成，该表层与基体间无界面，在形态上呈多孔纳米结晶结构，与骨质有接近的弹性模量，在类体液环境中能诱导形成骨磷灰石.
采用本发明的制备工艺制成的多孔纳米氧化钛复相生物活性表层，结合强度高、塑韧性好、具有良好的生物活性，可直接用作钛基医用种植体的生物活性表层。
具体实施例方式
实施例1，将0.2mol/l的(CH3COO)2Ca·H2O与0.02mol/l的β-C3H7Na2O6P·5H2O水溶液混合制成电解液。以钛阳极、不锈钢片为阴极，采用直流脉冲电源在恒定电压450V、初始电流密度8A/mm2、频率1000Hz、占空比20％、阴阳极板间距8cm的条件下对钛进行5分钟的微弧氧化，在钛表面可形成厚度约为15μm的多孔表层。该表层由二氧化钛、钛酸钙、α-磷酸钙和β-焦磷酸钙构成，晶粒尺度约为20nm，在模拟体液环境中40天可诱导沉积出骨磷灰石，具有良好的生物活性。
实施例2，将0.5mol/l的(CH3COO)2Ca·H2O与0.06mol/l的β-C3H7Na2O6P·5H2O水溶液混合制成电解液。以钛合金为阳极、不锈钢片为阴极，采用直流脉冲电源在恒定电压700V、初始电流密度15mA/mm2、频率1000Hz、占空比60％、阴阳极板间距12cm的条件下对钛合金进行5分钟的微弧氧化，在钛合金表面可形成厚度约为40μm的多孔表层。该表层由金红石型二氧化钛、钛酸钙、α-磷酸钙和β-焦磷酸钙构成，晶粒尺度约为25nm，在模拟体液环境中20天可诱导沉积出骨磷灰石，具有良好的生物活性。
实施例3，将0.2mol/l的(CH3COO)2Ca·H2O水溶液与0.06mol/l的β-C3H7Na2O6P·5H2O水溶液混合制成电解液。以钛合金为阳极、不锈钢片为阴极，采用直流脉冲电源在恒定电压550V、初始电流密度10mA/mm2、频率800Hz、占空比50％、阴阳极板间距10cm的条件下对钛合金进行5分钟的微弧氧化，在钛合金表面可形成厚度约为30μm的多孔表层。该表层由金红石型二氧化钛、钛酸钙、α-磷酸钙和β-焦磷酸钙构成，晶粒尺度约为30nm，在模拟体液环境中30天可诱导沉积出骨磷灰石，具有良好的生物活性。
实施例4，将0.3mol/l的(CH3COO)2Ca·H2O水溶液与0.05mol/l的β-C3H7Na2O6P·5H2O水溶液混合制成电解液。以钛为阳极、金属不锈钢片为阴极，采用直流脉冲电源在恒定电压600V、初始电流密度14mA/mm2、频率900Hz、占空比40％、阴阳极板间距9cm的条件下对钛进行5分钟的微弧氧化，在钛表面可形成厚度约为34μm的多孔表层。该表层由金红石型二氧化钛、钛酸钙、α-磷酸钙和β-焦磷酸钙构成，晶粒尺度约为28nm，在模拟体液环境中20天可诱导沉积出骨磷灰石，具有良好的生物活性。
实施例5，将0.2mol/l的(CH3COO)2Ca·H2O水溶液与0.02mol/l的C3H7CaO6P水溶液混合制成电解液。以钛为阳极、金属不锈钢片为阴极，采用直流脉冲电源在恒定电压450V、初始电流密度8mA/mm2、频率500Hz、占空比20％、阴阳极板间距8cm的条件下对钛进行5分钟的微弧氧化，在钛表面可形成厚度约为10μm的多孔表层。该表层由金红石型二氧化钛、钛酸钙、α-磷酸钙和β-焦磷酸钙构成，晶粒尺度约为23nm，在模拟体液环境中40天可诱导沉积出骨磷灰石，具有良好的生物活性。
实施例6，将0.5mol/l的(CH3COO)2Ca·H2O水溶液与0.06mol/l的C3H7CaO6P水溶液混合制成电解液。以钛为阳极、金属不锈钢片为阴极，采用直流脉冲电源在恒定电压700V、初始电流密度15mA/mm2、频率1000Hz、占空比60％、阴阳极板间距12cm的条件下对钛进行5分钟的微弧氧化，在钛表面可形成厚度约为40μm的多孔表层。该表层由金红石型二氧化钛、钛酸钙、α-磷酸钙和β-焦磷酸钙构成，晶粒尺度约为28nm，在模拟体液环境中20天可诱导沉积出骨磷灰石，具有良好的生物活性。
实施例7，将0.5mol/l的(CH3COO)2Ca·H2O水溶液与0.02mol/l的C3H7CaO6P水溶液混合制成电解液。以钛合金为阳极、金属不锈钢片为阴极，采用直流脉冲电源在恒定电压600V、初始电流密度12mA/mm2、频率800Hz、占空比45％、阴阳极板间距11cm的条件下对钛合金进行5分钟的微弧氧化，在钛合金表面可形成厚度约为32μm的多孔表层。该表层由金红石型二氧化钛、钛酸钙、α-磷酸钙和β-焦磷酸钙构成，晶粒尺度约为32nm，在模拟体液环境中30天可诱导沉积出骨磷灰石，具有良好的生物活性。
实施例8，将0.4mol/l的(CH3COO)2Ca·H2O水溶液与0.03mol/l的C3H7CaO6P水溶液混合制成电解液，以钛合金为阳极、不锈钢片为阴极，采用直流脉冲电源在恒定电压550V、初始电流密度11mA/mm2、频率850Hz、占空比45％、阴阳极板间距10cm的条件下对钛合金进行5分钟的微弧氧化，在钛合金表面可形成厚度约为23μm的多孔表层。该表层由金红石型二氧化钛、钛酸钙、α-磷酸钙和β-焦磷酸钙构成，晶粒尺度约为26nm，在模拟体液环境中30天可诱导沉积出骨磷灰石，具有良好的生物活性。
本发明微弧氧化生物活性表层与现有羟基磷灰石涂层、生物活性玻璃涂层、二氧化钛凝胶膜及钛酸钠凝胶膜等生物活性表层相比具有良好的生物活性；孔径较大的多孔结构和纳米结晶形态；与基体间无界面，具有高的结合强度；具有高的塑韧性和与骨质更为接近的弹性模量，可减小因种植体弹性模量过高而导致的应力屏蔽效应、降低骨吸收和种植体松动概率。
权利要求
1.多孔纳米氧化钛基复相生物活性表层的制备工艺，其特征在于1)电解液的制备将0.2-0.5mol/l的(CH3COO)2Ca·H2O水溶液与0.02-0.06mol/l的β-C3H7Na2O6P·5H2O水溶液或0.2-0.5mol/l的(CH3COO)2Ca·H2O水溶液与0.02-0.06mol/l的C3H7CaO6P水溶液混合制成电解液；2)以钛或钛合金为阳极、金属不锈钢为阴极置于电解液中；采用直流脉冲电源在恒定电压为450-700V、初始电流密度为8-15mA/mm2、频率为500-1000Hz、占空比为20-60％、阴阳极板间距为8-12cm的条件下对钛或钛合金进行微弧氧化即可。
2.根据权利要求1所述的制备工艺制成的多孔纳米氧化钛基复相生物活性表层，其特征在于由二氧化钛、钛酸钙、α-磷酸钙和β-焦磷酸钙构成，该表层与基体间无界面，在形态上呈多孔纳米结晶结构，与骨质有接近的弹性模量，在类体液环境中能诱导形成骨磷灰石。
全文摘要
本发明公开了一种多孔纳米氧化钛基复相生物活性表层及其制备工艺。本制备工艺采用微弧氧化,即是以含钙和磷的水溶液为电解液,采用脉冲电源在高电压下对钛或钛合金进行微弧氧化、直接合成多孔纳米氧化钛基复相生物活性表层。该生物活性表层由二氧化钛、钛酸钙、α－磷酸钙和β－焦磷酸钙构成,厚度可超过30μm、与基体间无界面,在形态上呈多孔纳米结晶结构,具有高的结合强度、良好的塑韧性和与骨接近的弹性模量,在类体液环境中能诱导形成骨磷灰石,具有良好的生物活性,可直接用作钛基医用种植体的生物活性表层。
文档编号C25D11/00GK1381615SQ0211445
公开日2002年11月27日 申请日期2002年3月1日 优先权日2002年3月1日
发明者憨勇, 徐可为 申请人:西安交通大学