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钛基TiO_2纳米管制备及其生物医用研究进展
杨玉洁; 成旦红; 彭根生; 曹铁华
【期刊名称】《《电镀与精饰》》
【年(卷),期】2010(032)011
【摘要】TiO2纳米管阵列作为一种新型的纳米TiO2材料,由于具有独特的阵列结构和优异的性能,引起了人们的极大关注。
详细综述了采用阳极氧化法在钛基表面制备纳米管阵列的工艺条件、形成机理,及其生物医用领域的应用研究,分析了目前存在的问题,并提出了今后研究的对策。
【总页数】5页(P17-21)
【作者】杨玉洁; 成旦红; 彭根生; 曹铁华
【作者单位】^p^p
【正文语种】中文
【中图分类】TQ153.6
【相关文献】
1.TiO_2纳米管复合列阵材料的制备及其应用研究进展 [J], 贾祎超;肖鹏;李东仙;张云怀
2.钛基阳极氧化法制备TiO2纳米管阵列研究进展 [J], 雷建飞; 李伟善
3.TiO_2纳米管制备方法的研究进展 [J], 杨懿颖;张艳峰;魏雨
4.TiO_2纳米管阵列的制备与改性研究进展 [J], 柳堤;江少群;王刚
5.TiO_2纳米管阵列的制备改性及应用研究进展 [J], 武佳;徐浩;延卫
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钛表面改性及其生物活性的研究的开题报告
【题目】
钛表面改性及其生物活性的研究
【研究背景】
钛是一种常用的医用金属材料，其具有良好的生物相容性和力学性能，被广泛应用于人工关节、牙科种植、骨修复等方面。
然而，钛材料
的生物惰性使得其表面易受到微生物污染和体液吸附，影响了其应用效
果和寿命。
因此，对钛表面进行改性，提高其生物活性是当前研究热点
和难点之一。
【研究目的】
本研究旨在通过改变钛表面的化学组成、形貌、结构和表面能等方
面的特征，提高钛材料的细胞黏附能力、骨母细胞增生能力等生物活性，从而增强其应用效果。
【研究方法】
1. 钛表面化学处理：采用酸、碱、电化学氧化等方法使得钛表面形
成氧化钛膜、亲水性表面等。
2. 表面形貌处理：通过光刻、电化学蚀刻、溅射等方法在钛表面形
成纳米结构、微结构等表面形貌。
3. 生物学评价：通过细胞黏附实验、骨母细胞增殖实验、细胞免疫
荧光染色等方法，评价改性后钛表面的生物活性。
【预期结果】
改性后的钛表面具有良好的生物活性，细胞黏着、增殖、分化等生
物活性能力均有所提高，且具有优异的血液相容性和组织相容性，具有
广阔的应用前景。
【研究意义】
本研究对钛表面改性及其生物活性的研究有重要的理论和实践意义。
一方面，研究扩展了钛材料的应用领域和深度，为人工关节、骨修复、
牙科种植等临床医学应用提供了更好的选择；另一方面，研究对材料科
学与工程领域的发展也具有一定的推动作用。
钛氧膜的结构及性能研究1 前言TiO2有独特的光学、电学及化学性质,已广泛用于电子、光学和医学等方面。
例如,作为氧传感器用于湿敏、压敏元件及汽车尾气传感器；作为光催化剂,可实现有机物的光催化降解,具有杀菌、消毒和处理污水等作用；利用其亲水亲油的“双亲”特性,可使镀有钛氧膜的物体具有自清洁作用,从而达到防污、防雾、易洗、易干等目的；而金红石相钛氧膜是很好的人工心脏瓣膜材料。
对于TiO2的研究主要集中在制备、结构、性能和应用等方面。
在TiO2性能方面的研究,尤以对其生物相容性和光催化性能的研究最为丰富。
Ti-O膜作为生物活性材料在生物体内可以长期稳定存在且不与生物组织发生物化反应，即具有良好的生物相容性，但其缺点在于植入生物体内后，不能有效地在材料表面形成有正常的细胞并维持长期的活性。
国内外很多的研究者采用各种表面改性工艺方法，对材料表面进行生物活化或有机/无机复合等使材料表面挂带—COOH、—OH、—NH2等反应性基团，然后通过形成共价键使生物分子如蛋白质、多肽、酶和细胞生长因子等固定在材料表面，充当邻近细胞、基质的配基或受体，在材料表面形成一个能与生物体相适应的过渡层，以达到活化钛氧膜表面的效果。
目前，对钛氧膜的表面改性方法主要包括离子表面注入法，碱处理以及酸活化处理等方法。
作为半导体光催化剂,纳米TiO2薄膜可以利用部分太阳光能,使反应在常温常压下进行,并且反应速度快,对污染物治理彻底,没有二次污染,十分符合环境治理中高效率低消耗的要求。
加之TiO2具有高活性、安全无毒、化学性质稳定(耐化学及光腐蚀)、难溶、成本低等优点,因此被公认为是环境治理领域中最具开发前途的环保型光催化材料。
TiO2作为光催化剂最初采用的是悬浮相,但这种悬浮相的光催化剂存在难搅拌、易失活、易团聚和回收困难等缺点，严重地限制了它的应用和发展。
制备负载型光催化剂是解决这一问题的有效办法,TiO2的薄膜型光催化剂已引起人们的极大兴趣。
钛合金表面生物活性涂层的制备与生物学性能研究钛合金是一种重要的医用材料，广泛应用于人工关节、口腔种植等领域。
然而，钛合金表面的生物惰性限制了其在医学领域中的应用范围。
为了提高钛合金表面的生物活性，研究人员采用了许多方法，其中包括表面涂层技术。
钛合金表面涂层技术是将材料涂覆在钛合金表面，以改善其生物活性。
生物相容性好且不易脱落的涂层材料，能够在体内促进骨细胞的生长和再生，从而增强人工关节和人工牙齿的稳定性。
研究发现，钛合金表面涂层技术是一种比较有效的方法，可显著提高钛合金表面的生物活性。
近年来，许多研究者将钛合金表面涂层技术应用于生物活性涂层制备上。
生物活性涂层是一种新型的涂层材料，可通过增加钙质来提高生物活性。
据报道，利用生物活性涂层制备的钛合金表面，具有良好的生物相容性和生物活性。
因此，本文将针对钛合金表面生物活性涂层的制备与生物学性能进行研究。
1、钛合金表面生物活性涂层的制备制备钛合金表面生物活性涂层的方法有许多种，如有机溶剂法、水热法和离子共存法等。
其中，有机溶剂法是最常用的方法之一，因为它具有以下优点：操作简单、反应条件温和、涂层均匀且具有良好的附着力。
钛合金表面生物活性涂层的制备步骤如下：1) 准备涂层溶液：将适量的钙源和磷源加入有机溶剂中，将其混合均匀，即可得到涂层溶液。
2) 钛合金表面预处理：将钛合金表面放入丙酮中，紫外线照射30分钟。
3) 涂层制备：将钛合金表面取出，涂上涂层溶液，将其晾干。
4) 热处理：将涂有生物活性涂层的钛合金表面放入高温炉中，加热至1000℃，保温3小时。
热处理完成后，使钛合金表面得到致密，坚固的涂层。
2、钛合金表面生物活性涂层的生物学性能2.1 生物相容性钛合金表面生物活性涂层的生物相容性是指其能否与人体组织相容。
为了评估涂层的生物相容性，我们进行了研究。
结果表明，钛合金表面涂有生物活性涂层后，对人体组织没有不良反应，表面附着力强、稳定性好。
2.2 生物活性生物活性是评价涂层材料的重要性能之一。
TiO_2 与TiO_2 -SiO_2 薄膜的表面性质及生物活性研究刘敬肖;杨大智;蔡英骥【期刊名称】《硅酸盐学报》【年(卷),期】2001(29)4【摘要】采用溶胶 -凝胶法在医用NiTi形状记忆合金表面制备了TiO2 与TiO2 -SiO2 薄膜 .用X射线 (XRD) ,红外光谱 (FT -IR) ,X射线光电子能谱 (XPS)和原子力显微镜 (AFM)对薄膜的表面组成、结构与形貌进行了研究 .将表面涂有薄膜的试样浸入模拟体液 (SBF) ,用XPS分析Ca ,P在薄膜表面的沉积情况 .结果表明 :TiO2 -SiO2 膜具有比TiO2 膜更高的生物活性 ,主要原因是TiO2 -SiO2 薄膜表面存在较多的羟基基团 ,在模拟体液中诱导磷灰石沉积的能力较高 ;此外。
【总页数】5页(P350-354)【关键词】溶胶-凝胶法;氧化钛薄膜;氧化钛-氧化硅薄膜;表面羟基;表面形貌;表面性质;生物活性【作者】刘敬肖;杨大智;蔡英骥【作者单位】大连理工大学材料系三束材料表面改性国家重点联合实验室;大连轻工业学院材料科学与工程系【正文语种】中文【中图分类】O481.4【相关文献】1.SiO_2表面上制备纳米TiO_2中水量对TiO_2含量和形貌的影响 [J], 王挺;蒋新2.脉冲激光淀积法在Pt/TiO_2/SiO_2/Si(001)衬底上制备Pb(Ta_(0.05)Zr_(0.45)Ti_(0.50))O_3薄膜的铁电性质研究 [J], 窦敖川;朱涛;刘治国3.医用TiO_2/SiO_2薄膜表面共价键合肝素研究 [J], 刘敬肖;杨大智;蔡英骥4.Prop铁电薄膜电容器YBCO/Pb(Ta_(0.05)Zr_( 0.48)Ti_(0.47))O_3/YBCO/Pt/TiO_2/SiO_2/Si的性质(英文) [J], 李启亮;王栩生;殷江;高兴森;刘治国5.TiO_2/SiO_2:Zn复合薄膜及其光催化活性研究 [J], 董抒华;刘俊成因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
离子束合成TiO_2薄膜对医用NiTi合金表面的改性刘敬肖;杨大智;徐久军;陈吉华;蔡英骥【期刊名称】《材料研究学报》【年(卷),期】2001(15)4【摘要】采用离子束增强沉积法制备ＴｉＯ２薄膜，对医用ＮｉＴｉ合金进行表面改性处理．系统研究了薄膜的表面组成、结构、形貌及耐蚀性、亲水性等与血液相容性相关的表面性质．ＮｉＴｉ合金表面沉积ＴｉＯ２薄膜后、抗模拟体液的腐蚀性提高，凝血时间延长．为进一步提高ＴｉＯ２薄膜的抗凝血性，对ＴｉＯ２薄膜的进一步表面改性－表面结合肝素分子进行了初步尝试，结果表明，薄膜表面组成发生变化，表面亲水性进一步提高。
【总页数】6页(P445-450)【关键词】NiTi合金;TiO2薄膜;表面性质;表面改性;血管内支架;材料;离子束增强沉积法;镍钛合金;二氧化钛;经皮穿刺介入冠状动脉成形术【作者】刘敬肖;杨大智;徐久军;陈吉华;蔡英骥【作者单位】大连理工大学三束材料表面改性国家重点联合实验室;大连理工大学;大连海事大学;大连轻工业学院【正文语种】中文【中图分类】R654.2;R318.08【相关文献】1.医用NiTi合金表面双层生物活性薄膜的制备及表征 [J], 李亚东;郭明杉;寇自农;刘敬肖;牛丽婷2.磁控溅射制备TiO2薄膜对医用NiTi合金弹簧圈的表面改性 [J], 蒋小松;陈俊英;黄楠3.TiO2/Ta2O5复合薄膜对医用NiTi合金的表面改性 [J], 陈吉华;陈鼎;杨大智4.医用NiTi合金表面溶胶-凝胶法制备含磷TiO_2薄膜 [J], 刘敬肖;杨大智5.溶胶-凝胶法制备TiO_2与SiO_2-TiO_2薄膜对医用NiTi合金的表面改性 [J], 刘敬肖;杨大智;蔡英骥因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
医用钛合金及其表面改性技术的研究现状¹金红*(北京有色金属研究总院科技信息所,北京100088)摘要:介绍了新型医用钛合金的研究开发现状,分析了医用钛合金存在的主要问题,即耐磨性、耐腐蚀性和生物活性有待进一步提高。
阐述了表面改性对提高钛合金的耐磨性能、耐腐蚀性能和生物活性的作用。
指出应当重视钛合金表面生物活性陶瓷涂层的稳定性问题。
认为通过研究开发综合性能更优的新型医用钛合金,寻求更为理想的表面改性工艺以及运用复合涂层制备技术,有望逐步解决钛合金在临床应用中存在的问题。
关键词:医用钛合金;表面改性;耐磨性;耐腐蚀性;生物学性能中图分类号:TG146123文献标识码:A文章编号:0258-7076(2003)06-0794-05在生物医用金属材料中,钛合金凭借其优良的生物相容性、耐腐蚀性、综合力学性能和工艺性能逐渐成为牙种植体、骨创伤产品以及人工关节等人体硬组织替代物和修复物的首选材料。
其中T-i6A-l4V合金作为生物医用合金已有很长的历史。
但T-i6A-l4V合金在生物相容性、耐腐蚀性和耐磨损性能等方面仍不够理想[1~4],而且该合金还存在细胞毒性问题。
为克服T-i6A-l4V合金存在的种种缺陷,近年来人们一直致力于研究开发具有更佳综合性能的医用钛合金,并取得一些进展;与此同时,人们还尝试采用各种表面技术对钛合金进行表面改性以使其更适合于医学应用的要求。
本文综述了医用钛合金的研究开发现状及其表面改性技术的研究进展。
1新型医用钛合金的研究开发现状及存在的问题1.1研究现状近年来钛合金在生物医学领域中的研究和应用呈上升趋势,特别是在牙科和整形外科中钛材的用量明显增多[5]。
目前,医用钛合金仍以T-i6A-l 4V合金为主,但该合金中Al和V元素对人体存在的潜在危害已引起了人们的高度重视。
为克服V 和Al的不良影响,人们相继研究开发了不含V或既不含V也不含Al的A+B钛合金和B钛合金[6,7]。
第34卷 第3期2009年3月HEAT T RE AT ME NT OF MET ALSVol 134No 13M arch 2009医用钛合金表面T iO 2覆膜生物改性的研究余 森1,于振涛1,韩建业1,麻西群1,王 贵2,Matthe w S 1Dargusch2(11西北有色金属研究院,陕西西安 710016;21CAST CRC,昆士兰大学工程学院,澳大利亚布里斯班 4072)摘要:在新型近β钛合金Ti 23Zr 22Sn 23Mo 225Nb 表面分别用3种微弧氧化法(普通微弧氧化、复相微弧氧化、紫外照射微弧氧化)和优化溶胶2凝胶法镀上一层Ti O 2薄膜,考察了各种薄膜的表面微观结构、与基体的结合强度以及亲水性和抗腐蚀性能。
XRD 和SE M 测试结果表明,3种微弧氧化膜主要由金红石相和锐钛矿相组成,表面布满微孔,普通微弧氧化法和紫外光照射微弧氧化法制备的薄膜表面较为光滑,与基体的结合强度为53M Pa,略高于复相微弧氧化膜;溶胶2凝胶膜主要由锐钛矿组成,表面最为光滑致密,与基体的结合强度为32MPa 。
接触角测试结果表明,紫外光照射微弧氧化膜的表面亲水性最好,溶胶2凝胶膜的亲水性要好于普通微弧氧化膜和复相微弧氧化膜;电化学腐蚀试验显示,4种Ti O 2薄膜都具有较好的抗腐蚀性能,而普通微弧氧化膜的抗腐蚀能力最好。
关键词:微弧氧化;溶胶2凝胶;Ti O 2薄膜;表面改性;生物相容性中图分类号:TG 14612;R318 文献标识码:A 文章编号:025426051(2009)0320063205Surface b i o 2m od i f i ca ti on by T iO 2f ilm on b i om ed i ca l tit an i um a lloyY U Sen 1,Y U Zhen 2tao 1,HAN J ian 2ye 1,MA Xi 2qun 1,WANG Gui 2,Matthe w S 1Dargusch 2(11North west I nstitute f or Nonferr ousMetal Research,Xi ′an Shaanxi 710016,China )(21C AST CRC,School of Engineering,The University of Queensland,B risbane QLD 4072,Australia )Abstract:Titanium di oxide fil m s were p repared by means of three kinds of m icr o 2arc oxidati on methods (common m icr o 2arc oxidati on,comp lex phase m icr o 2arc oxidati on,UV irradiati on m icr o 2arc oxidati on )and op ti m ized s ol 2gel method on the surface of T LM (Ti 23Zr 22Sn 23Mo 225Nb )all oy 1The surface m icr ostructure,bonding strength bet w een fil m s and T LM substrate,hydr ophilicity and corr osi on resistances of the f our kinds of oxidati on fil m s were investigated 1The results of XRD and SE M show that the three kinds of m icr o 2arc oxidati on fil m s mainly consist of anatase and rutile,and m icr omoles distribute on the whole surface 1The surface of fil m s that p repared by means of common m icr o 2arc oxidati on and UV irradiati on m icr o 2arc oxidati on method is s moother,and the interfacial bonding strength is 53M Pa,which is a little higher than that of comp lex phase m icr o 2arc oxidated fil m s 1The s ol 2gel fil m ,mainly consists of anatase is the s moothest and tightest,and the interfacial bonding strength is 32M Pa 1The results of contact angle test showed that the hydr ophilicity of the UV irradiati on m icr o 2arc fil m is the best,and the s ol 2gel fil m is better than the common m icr oarc oxidati on fil m and comp lex phase m icr oarc oxidati on fil m 1The results of electr o 2chem ical corr osi on test showed that all the oxidati on fil m s have a good anticorr osi on p r operty,and the common m icr o 2arc oxidati on fil m is the best 1Key words:m icr o 2arc oxidati on;s ol 2gel;Ti O 2fil m s;surface modificati on;bi ocompatibility收稿日期:2008210218基金项目:国家“973”计划(2005CB623904);国家自然科学基金(30770586)作者简介:余 森(1982—),男,湖北黄冈人,助理工程师,硕士,主要从事生物材料的表面改性,已发表相关文章6篇。
联系电话:029*********,E 2mail:yusen_1982@1631com;通讯作者:于振涛,电话:029286264213 在心血管疾病治疗领域,金属基血管内支架等血液接触类医疗器械由于良好的力学性能和较为稳定的理化性能,在今后较长一段时间是临床应用的首选。
然而由于在心血管环境中材料与生物体相互作用的复杂性,金属生物材料在临床应用中存在血液相容性尚不能完全满足临床要求,特别是血栓栓塞及其相关的并发症一直是困扰治疗效果的关键问题之一,从而严重地限制了其在临床治疗中的治疗效果和推广应用。
对传统材料进行表面改性处理是有效提高其血液相容性的重要途径。
其中,表面覆膜改性作为改善无机材料血液相容性的有效手段已被普遍研究[126]。
在金属表面制备氧化膜可将金属较好的力学性能和氧化膜良好的化学稳定性及生物相容性有机结合在一起,大大降低基体材料离子元素向外释放的危险性,提高抗腐蚀性和生物相容性[7210]。
自20纪80年代以来,该领域的研究主要集中于氧化物薄膜、氮化物薄膜、碳氮膜,碳化物薄膜以及碳质薄膜、热解碳等。
Ti O 2薄膜64 第34卷是研究的一个重要方向,并应用于血管支架、机械瓣膜瓣架等心血管系统长期植入装置的表面改性研究[11213]。
有研究表明,钛及钛合金的生物相容性主要归功于其表面自然生成的Ti O2薄膜,但自发生长的Ti O2薄膜厚度太小,且没有晶化,效果不够理想。
近β型钛合金T L M(Ti23Zr22Sn23Mo225Nb)不含A l、V、N i等对人体有害元素,毒性级别为“0”,力学性能好。
而且还具有较低的屈强比,易冷、热成形;经过固溶时效处理后可达到较高强度、优良塑韧性和高疲劳极限的综合匹配[14215],适用于人体心、脑血管支架。
为进一步改善T L M钛合金的血液相容性和提高材料表面的抗腐蚀性,本研究在T LM合金表面分别用微弧氧化法和溶胶2凝胶法镀上一层Ti O2薄膜,并考察了不同氧化膜的生物相容性。
1 试验材料和方法111 试验材料试验用醋酸钙、甘油磷酸钠、过硫酸钾、丙稀酰胺、硝酸、亚硝酸铈、钛酸正丁酯、去离子水、乙二醇独甲醚、乙酰乙酸乙酯、甲酰胺均为分析纯;T LM合金由西北有色金属研究院生物材料研究所提供,线切割成<10mm×2mm的小圆片,砂纸打磨后在抛光机上抛光至镜面,使用前依次用稀盐酸、蒸馏水、丙酮、无水乙醇超声清洗10m in,烘干备用。
112 T i O2薄膜的制备普通微弧氧化是在水基电解液中,脉冲2直流电源电压250～500V、占空比为50%的条件下微弧氧化处理,T LM合金试样为阳极,不锈钢为阴极,处理时间为10m in,电解液温度保持在40℃以下。
复相微弧氧化工艺:在由醋酸钙和甘油磷酸钠配制的电解液中,其它参数与普通微弧氧化工艺相同。
紫外光照射微弧氧化工艺前部分和普通微弧氧化相同,但在薄膜制备出来以后,将薄膜置于紫外光下辐射处理。
紫外光中心波长为25317nm,功率密度为65μW/c m2。
溶胶2凝胶法制备Ti O2薄膜:以化学纯的Ti(OC4H9)作为Ti O2溶胶的前驱物。
加入分析纯的乙二醇独甲醚作为溶剂,为了延缓Ti(OC4H9)强烈水解,在溶液中加人一定量的分析纯乙酰乙酸乙酯。
先将10mL Ti(OC4H9)溶于46mL的乙二醇甲醚中,接着加入4mL乙酰乙酸乙酯。
室温下在恒温磁力搅拌器上搅30m in。
再加入pH调节溶液(pH调节溶液由硝酸和蒸馏水配制,pH=1),pH调节溶液滴加完毕后继续磁力搅拌2h,得到均匀、透明的浅黄色溶胶。
溶胶静置陈化24h后备用。
将清洗干净的T L M合金试样放入匀胶机,然后将陈化好的溶胶滴加在试样表面。
开动电源,转速为3000r/m in,时间为30s。
然后将试样立即放入温度为100℃的烘箱中干燥5m in,再在无尘空气中冷却5m in,重复上述操作3次制备多层薄膜。
镀完最后一层膜后,再在100℃下干燥30m in。
最后放入温度为100℃的箱式高温电阻炉中以20℃/m in的速度缓慢升温至500℃保温l h,在炉内自然冷却至室温,即可得到Ti O2薄膜。
