在純鈦表面制備氧化鋅摻雜二氧化鈦納米管的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種在純鈦表面制備氧化鋅摻雜二氧化鈦納米管的方法，屬于材料表面改性技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]齲齒、骨關(guān)節(jié)炎等疾病是中老年人的常見病和多發(fā)病，且有年輕化趨勢。進(jìn)行以純鈦為基材的人工假體置換是終末期病人緩解疼痛、重建組織功能的標(biāo)準(zhǔn)手術(shù)之一，但假體植入后的松動和感染是長期困擾醫(yī)患雙方的兩大并發(fā)癥。上述并發(fā)癥常造成手術(shù)失敗并導(dǎo)致再次手術(shù)，使患者遭受肉體上的痛苦和精神上的折磨，甚至傷殘和致命，隨之而來的醫(yī)療花費(fèi)給許多家庭帶來了巨大的精神壓力和沉重的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。特別是隨著社會生產(chǎn)力的發(fā)展和醫(yī)療衛(wèi)生條件的改善，人口的平均壽命顯著提高，全球老齡化趨勢愈發(fā)明顯，牙科與骨科相關(guān)疾病的發(fā)病率和假體置換的醫(yī)療需求呈加速上升態(tài)勢。因此，有效解決植入體置換后的松動和感染問題顯得尤為重要和迫切。
[0003]通過對純鈦在含氟離子的電解液中進(jìn)行陽極氧化可在其表面制備出高度有序的二氧化鈦納米管，該納米管具有很好的骨整合能力，能有效防止植入體松動。但是二氧化鈦?zhàn)陨聿痪邆淇咕?，無法對抗植入體感染。為解決此問題，國內(nèi)外常用的方法為在納米管中載入各種抗菌劑。通過浸漬法、冷凍干燥法等可將有機(jī)抗菌劑如慶大霉素、抗菌肽等成功載入二氧化鈦納米管，可獲得很好的抗菌效果。但是所負(fù)載的藥物有效濃度較高，長期穩(wěn)定性差，在納米管中釋放過快，達(dá)不到長期抗菌效果，并且會使細(xì)菌產(chǎn)生耐藥性。因此，二氧化鈦納米管更適合作為有效濃度較低且穩(wěn)定性很高的無機(jī)抗菌劑的載體。銀具有強(qiáng)效和廣譜抗菌性等特點(diǎn)，其作為無機(jī)抗菌劑已被廣泛研宄。二氧化鈦納米管中載入銀的方法主要有磁控濺射法、離子注入與沉積法、化學(xué)還原法和電沉積法等。但是這些方法存在諸多問題，如銀顆粒在納米管壁吸附不牢、易脫落、分布不均勻、銀離子的釋放不可控等缺點(diǎn)，并且銀在殺菌的同時，也影響細(xì)胞功能，具有一定的細(xì)胞毒性。鋅是一種溫和的抗菌元素，并且能促進(jìn)干細(xì)胞向成骨細(xì)胞分化，提高成骨細(xì)胞的礦化水平。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明旨在提供一種在純鈦表面制備氧化鋅摻雜二氧化鈦納米管的方法，通過本發(fā)明所得產(chǎn)品具有抗感染和骨整合能力。
[0005]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
本發(fā)明采用一種在純鈦表面制備氧化鋅摻雜二氧化鈦納米管的裝置，包括鍍膜裝置和陽極氧化裝置；所述鍍膜裝置包括真空室，真空室上方外表面設(shè)有永磁體，在與永磁體對應(yīng)的真空室內(nèi)壁上設(shè)有鈦鋅合金靶，鈦鋅合金靶與濺射電源連接，在真空室內(nèi)部設(shè)有純鈦試樣，鈦鋅合金靶下方為純鈦試樣，純鈦試樣放置在樣品臺上，樣品臺為T型，樣品臺下端在真空室外部，樣品臺下端連接偏壓電源，真空室上方設(shè)有出氣孔，出氣孔外側(cè)連接抽真空裝置，真空室下方設(shè)有進(jìn)氣孔，進(jìn)氣孔旁邊設(shè)有流量計(jì)；所述陽極氧化裝置包括電解池，電解池為筒狀結(jié)構(gòu)，電解池上端設(shè)有支架，支架上分別固定有經(jīng)過鍍膜處理的試樣和輔助電極，該試樣和輔助電極的上端連接直流電源，下端位于電解液中。
[0006]本發(fā)明提供了一種采用上述裝置在純鈦表面制備氧化鋅摻雜二氧化鈦納米管的方法，包括以下步驟:
(1)純鈦試樣預(yù)處理:將純鈦試樣進(jìn)行機(jī)械研磨、拋光，然后依次浸入丙酮、酒精和蒸餾水中分別進(jìn)行超聲波清洗各5min，冷風(fēng)吹干備用；
(2)將預(yù)處理好的純鈦試樣放入磁控濺射鍍膜設(shè)備的真空室內(nèi)的樣品臺上，將永磁體安放在真空室的外表面上，將含有1~10%質(zhì)量分?jǐn)?shù)的鋅的平面鈦鋅合金靶安裝在永磁體的背面的真空室內(nèi)，調(diào)整鈦鋅合金靶與純鈦試樣之間的距離；
(3)先用抽真空裝置將真空室內(nèi)的氣壓通過出氣孔抽至4.5X10-3?5.5X 10?,然后通過進(jìn)氣孔通入氬氣到真空室內(nèi)，氬氣的流量由流量計(jì)控制，當(dāng)真空室氣壓穩(wěn)定在
4.8-5.2Pa時，打開偏壓電源并將偏壓緩慢加至-800~_900V對真空室和純鈦試樣表面進(jìn)行濺射清洗，清洗時間為35~45min ；
(4)清洗完成后，打開抽真空裝置并通過出氣孔抽出殘氣，調(diào)節(jié)氬氣通入量，使真空室內(nèi)氣壓保持在7.8 X 10^-8.2 X KT1Pa,開啟鈦鋅合金靶的濺射電源并將電壓緩慢加至320~350V，然后開啟偏壓電源并調(diào)整偏壓至-50V~-80V，在純鈦試樣表面鍍鈦鋅復(fù)合膜層，鍍膜時間為2~4h ；
(5)鍍膜完成后，將電解液放入到電解池內(nèi)，將輔助電極和經(jīng)過鍍膜處理的試樣固定在支架的下端并浸入到電解液以內(nèi)，然后打開直流電源對經(jīng)過鍍膜處理的試樣進(jìn)行陽極氧化處理，氧化電壓為40~50V，氧化時間為2~4h，制備出氧化鋅摻雜的二氧化鈦納米管。
[0007]上述方法中，所述鈦鋅合金靶與純鈦試樣的距離為80~90cm。
[0008]上述方法中，所述步驟(3)中通入氬氣的流量為eOsccm ;所述步驟(4)清洗完成后通入氬氣流量至80sccm。
[0009]上述方法中，所述步驟(5)中電解液為乙二醇電解液，乙二醇電解液中含有
4.0-5.0%質(zhì)量分?jǐn)?shù)的氟化銨和3.8-4.8%質(zhì)量分?jǐn)?shù)的純水。
[0010]本發(fā)明的有益效果:
(1)采用本發(fā)明制備的氧化鋅摻雜的二氧化鈦納米管，鋅元素以氧化鋅的形式鑲嵌在二氧化鈦納米管壁上，因此不存在脫落的風(fēng)險(xiǎn)，鋅在納米管中分布均勻，并且釋放可控；
(2)采用本發(fā)明制備的氧化鋅摻雜的二氧化鈦納米管，具有很好的抗菌效果，因此有望抑制純鈦植入體的感染問題；
(3)采用本發(fā)明制備的氧化鋅摻雜的二氧化鈦納米管，沒有細(xì)胞毒性，與傳統(tǒng)的二氧化鈦納米管相比，可以促進(jìn)間充質(zhì)干細(xì)胞向成骨細(xì)胞分化，并能促進(jìn)成骨細(xì)胞的功能，如增殖、堿性磷酸酶的活性等，因此有望促進(jìn)純鈦植入體的骨整合，防止植入體松動。
【附圖說明】
[0011]圖1為本發(fā)明鍍膜裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為本發(fā)明陽極氧化裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3為本發(fā)明制備的氧化鋅摻雜的二氧化鈦納米管的表面掃描電鏡照片；
圖4為本發(fā)明制備的氧化鋅摻雜的二氧化鈦納米管的橫截面掃描電鏡照片。
[0012]圖1中:1-真空室 2-永磁體 3-濺射電源 4-出氣孔 5-鈦鋅合金靶6-抽真空裝置 7-純鈦試樣 8-偏壓電源 9-流量計(jì)10-進(jìn)氣孔 11-樣品臺12-電解池13-支架14-直流電源15-電解液16-經(jīng)過鍍膜處理的試樣17-輔助電極。
【具體實(shí)施方式】
[0013]下