一种钛酸钡纳米棒阵列化涂层及制备方法

本发明属于钛基金属表面处理技术和生物医学应用领域，具体涉及一种钛酸钡纳米棒阵列化涂层及制备方法。

背景技术：

1、随着人口老龄化程度日益严重以及人口数量的增加，骨相关疾病的发生率越来越高，并逐渐成为一个公共卫生问题。尽管骨组织具有再生和愈合的特性，但仍有相当数量的损伤是骨组织不能自行愈合的，因此需要对患者进行关节置换或假体植入手术。

2、天然骨组织具有纳米拓扑结构，其表面形貌对于细胞的生物学行为具有调节作用。纳米阵列化涂层具有与天然骨组织相似的拓扑结构，对于骨再生具有深远意义。钛酸钡batio3由于其良好的生物相容性和压电性能，是第一个用于骨组织的压电陶瓷。大量的研究表明，压电材料batio3在医用超声的激发下，表面将会诱导产生电荷，可募集成骨相关细胞，进一步促进骨再生。尽管batio3能够促成骨，然而目前关于batio3纳米棒阵列化涂层在骨再生方面的研究相对较少。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种钛酸钡纳米棒阵列化涂层及制备方法，以克服现有技术存在的问题。本发明利用微弧氧化-水热法在钛基材表面制备生物活性良好的钛酸钡纳米棒阵列，合成过程简单、工艺稳定可控且重复性强。

2、本发明是通过以下技术方案来实现：

3、一种钛酸钡纳米棒阵列化涂层的制备方法，包括以下步骤：

4、步骤1：在含有磷离子和钙离子的电解液中对纯钛或钛合金基体进行微弧氧化，使纯钛或钛合金基体表面形成多微孔二氧化钛涂层；

5、步骤2：采用水热处理工艺在步骤1得到的多微孔二氧化钛涂层上制备钛酸钡纳米棒阵列化涂层。

6、进一步地，步骤1具体为：将纯钛或钛合金基体作为阳极，不锈钢电解槽作为阴极，在含有磷离子和钙离子的电解液中进行微弧氧化，经清洗、干燥后使纯钛或钛合金基体表面形成多微孔二氧化钛涂层。

7、进一步地，电解液为(ch3coo)2ca和β-c3h7na2o6p·5h2o的复配溶液，所述复配溶液中(ch3coo)2ca和β-c3h7na2o6p·5h2o的浓度分别为0.22m和0.02m，溶剂为去离子水。

8、进一步地，微弧氧化的参数为：采用直流脉冲电源、正电压为400v、负电压为50v，占空比为7.5％，频率为100hz，微弧氧化处理时间为4min。

9、进一步地，步骤2具体包括：将步骤1得到的包含有多微孔二氧化钛涂层的纯钛或钛合金基体用去离子水清洗后，置于用于水热反应的溶液中，进行水热处理工艺。

10、进一步地，所述水热处理工艺的温度为170℃，时间为5-20h。

11、进一步地，所述用于水热反应的溶液的制备过程具体为：

12、将ba(oh)2·8h2o溶解于二甘醇中，依次加入无水乙醇、异丙醇、四丁基氢氧化铵溶液和去离子水，搅拌均匀，即得到用于水热反应的溶液。

13、进一步地，所述ba(oh)2·8h2o、二甘醇、无水乙醇、异丙醇、四丁基氢氧化铵溶液和去离子水之间比例为：0.1mmol：5ml：5ml：1.5ml：1ml：7ml。

14、进一步地，所述四丁基氢氧化铵溶液的质量分数为25％。

15、一种钛酸钡纳米棒阵列化涂层，采用上述的制备方法制得。

16、与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

17、本发明公开了一种钛酸钡纳米棒阵列化涂层的制备方法，该涂层在医用超声辐照下具有优异的骨再生能力。首先采用微弧氧化工艺在钛及钛合金表层制备含有磷和钙元素的多微孔二氧化钛涂层，然后通过一步水热反应在含有钙、磷元素的多孔二氧化钛涂层表面制备得到钛酸钡纳米棒阵列化涂层。利用微弧氧化技术原位制备多微孔tio2涂层，该涂层与钛基底具有强界面结合强度；且微弧氧化电解液及水热溶液成分简单，不含易分解成分，工艺稳定、可控、重复性强，可用于大规模生产制备。

18、采用上述制备方法制得的钛酸钡纳米棒阵列化涂层，具有双层结构，表层为仿骨基质构型的钛酸钡纳米棒阵列，内层为含有磷和钙元素的多微孔tio2涂层。所采用的原材料均无毒安全，对人体无副作用，具有临床应用前景。

19、上述钛酸钡纳米棒阵列化涂层作为植入体涂层时，在医用超声的辐照下表面能够募集成骨相关细胞，从而大幅提升钛基植入体促骨组织愈合及再生能力。此外，该涂层能够与钛基体结合紧密，避免涂层发生剥落以及其导致的表面改性失效、发炎等问题的发生。

技术特征：

1.一种钛酸钡纳米棒阵列化涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种钛酸钡纳米棒阵列化涂层的制备方法，其特征在于，步骤1具体为：将纯钛或钛合金基体作为阳极，不锈钢电解槽作为阴极，在含有磷离子和钙离子的电解液中进行微弧氧化，经清洗、干燥后使纯钛或钛合金基体表面形成多微孔二氧化钛涂层。

3.根据权利要求2所述的一种钛酸钡纳米棒阵列化涂层的制备方法，其特征在于，电解液为(ch3coo)2ca和β-c3h7na2o6p·5h2o的复配溶液，所述复配溶液中(ch3coo)2ca和β-c3h7na2o6p·5h2o的浓度分别为0.22m和0.02m，溶剂为去离子水。

4.根据权利要求2所述的一种钛酸钡纳米棒阵列化涂层的制备方法，其特征在于，微弧氧化的参数为：采用直流脉冲电源、正电压为400v、负电压为50v，占空比为7.5％，频率为100hz，微弧氧化处理时间为4min。

5.根据权利要求1所述的一种钛酸钡纳米棒阵列化涂层的制备方法，其特征在于，步骤2具体包括：将步骤1得到的包含有多微孔二氧化钛涂层的纯钛或钛合金基体用去离子水清洗后，置于用于水热反应的溶液中，进行水热处理工艺。

6.根据权利要求5所述的一种钛酸钡纳米棒阵列化涂层的制备方法，其特征在于，所述水热处理工艺的温度为170℃，时间为5-20h。

7.根据权利要求6所述的一种钛酸钡纳米棒阵列化涂层的制备方法，其特征在于，所述用于水热反应的溶液的制备过程具体为：

8.根据权利要求7所述的一种钛酸钡纳米棒阵列化涂层的制备方法，其特征在于，所述ba(oh)2·8h2o、二甘醇、无水乙醇、异丙醇、四丁基氢氧化铵溶液和去离子水之间比例为：0.1mmol：5ml：5ml：1.5ml：1ml：7ml。

9.根据权利要求7所述的一种钛酸钡纳米棒阵列化涂层的制备方法，其特征在于，所述四丁基氢氧化铵溶液的质量分数为25％。

10.一种钛酸钡纳米棒阵列化涂层，采用权利要求1-9任一项所述的制备方法制得。

技术总结本发明提供了一种钛酸钡纳米棒阵列化涂层及制备方法，首先通过微弧氧化工艺制备得到含钙、磷的多微孔二氧化钛涂层。随后通过一步水热反应，在TiO<subgt;2</subgt;涂层表面原位生长出钛酸钡纳米棒阵列化涂层。随着水热处理时间的增加，钛酸钡纳米棒的直径变宽、长度变长。该制备方法合成过程简单、工艺稳定且可控性强。技术研发人员：李博,陈小雨受保护的技术使用者：西安交通大学技术研发日：技术公布日：2024/8/1