CN113798678A - 一种激光诱导口腔钛合金植入物高生物活性表面的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种激光诱导口腔钛合金植入物高生物活性表面的方法。利用超快激光在钛合金表面制造微纳结构，改善口腔钛合金植入物的生物活性，减轻植入物在口腔的排异反应。本方法加工灵活，加工速度快，通过激光织构的工艺，在钛合金表面获得多种精确的微结构，控制细胞生长，提高口腔钛合金植入物的生物活性，达到植入物预期的设计功能。

Description

一种激光诱导口腔钛合金植入物高生物活性表面的方法
技术领域
本发明涉及一种激光诱导口腔钛合金植入物高生物活性表面的方法，属于材料表面加工技术领域。
背景技术
钛和钛合金具有密度低、无毒性、强度高及韧性好的优点，同时其还具有金属材料中与口腔组织相近的弹性模量。并且，在组织液中钛的表面会被氧化，从而形成一层致密的氧化膜，使得钛的抗腐蚀能力得到了极大增强，而这层氧化膜同时还赋予了钛优异的生物相容性。以上种种优点使得钛及钛合金成为人体口腔植入物的首选材料。
但是，钛及钛合金同大多数金属材料一样，也是生物惰性材料，这意味着其与骨组织并没发生化学性结合，在临床使用中会出现与口腔组织结合强度低、创伤难愈合的问题。同时，虽然钛及钛合金表面生成的氧化膜给予了其一定的抗腐蚀性，然而长期处于人体复杂的生理环境下，氧化膜还是会被腐蚀，从而失去它的作用，并且缩短种植体的寿命。并且，钛和钛合金被腐蚀后产生的金属离子还会引发组织变质等问题。由于口腔复杂微环境中存在大量的细菌微生物，在口腔植入体周围不可避免地形成细菌滞留、定殖，造成机体细胞和微生物竞争性地附着于口腔植入材料表面，当宿主机体的免疫反应平衡被打破，将引起植入体周围感染并最终导致口腔种植手术失败。
因为不能将对人体有害的元素引入种植体，使得研发新型钛合金过程中所能选择的合金元素有限，其研发难度也因此大幅度增加。于是对钛及钛合金表面改性使其表面活性化成为一种研究趋势。激光表面处理作为一种日益成熟的新型表面处理技术，具有操作灵活、无污染等特点。因此，利用激光表面改性技术对钛合金材料表面进行改性处理，能够进一步提高口腔钛合金植入物材料的生物活性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种激光诱导口腔钛合金植入物高生物活性表面的方法。通过激光织构加工工艺，利用超快激光在钛合金表面制造微纳结构，控制细胞生长，实现钛合金植入物高生物活性表面的制备。
本发明一种提高口腔钛合金植入物生物活性的激光处理方法，其具体步骤为：
S1，对钛合金样品进行激光去污清洗处理；
S2，采用超快脉冲激光器对的钛合金样品进行激光织构加工，在钛合金表面获得微纳结构图案；
S3，对加工后的钛合金进行清洁。
其中，S1所述的钛合金材料为可以用于生物医学材料的钛合金等，包括Ti13Nb13Zr、Ti12Mo6Zr2Fe、Ti15Mo、Ti15Mo5Zr3Al和Ti45Nb等生物医用钛合金；
其中，S2所述的采用超快脉冲激光进行激光微纳加工，其具体参数为：激光波长为193～1070nm，激光功率为0.5～300W,脉冲频率1k～5M Hz，脉宽为50fs～200ps，扫描速度为10～3000mm/s。
其中，S2所述的中激光加工获得的微纳结构图形，包括：LIPSS结构、微锥结构、微沟槽结构、不规则结构、以及上述结构的组合图形。LIPSS周期为10nm～100μm；微锥结构高度为50nm～100μm，间距为50nm～100μm；微沟槽宽度1～100μm，深度为5～100μm；不规则结构粗糙度为1～100nm。
本发明公开的一种激光诱导口腔钛合金植入物高生物活性表面的方法。利用超快激光在钛合金表面制造微纳结构，模拟细胞生长的自然环境真实形貌来控制细胞生物学行为。通过激光织构的工艺，实现提高口腔钛合金植入物的生物活性，达到植入物预期的设计功能。
本发明的优点在于：
1.该方法利用超快激光制备微纳结构图案，热损伤和热影响区小，可以精确制备各种微纳图案，同时能够保持钛合金植入物原有的机械性能。
2.该方法利用微结构图案可以改善细胞的黏附、分化和增殖的特点，提高口腔钛合金植入物的生物活性。
3.该方法加工灵活，加工速度快，有望在实际生产中提高生产效率。
附图说明
图1本发明工艺加工的流程示意图；
图2实施例1中超快激光制备钛合金微纳结构的电镜图；
图3实施例1中微纳结构样品成纤维细胞培养形态的电镜图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
实施例1：
S1，将Ti13Nb13Zr钛合金样品打磨抛光至1000目，酒精超声波清洗5分钟，干燥；
S2，将钛合金样品置于飞秒激光器(波长1064nm)下，对钛合金表面进行激光织构处理，激光加工参数设置为：功率8W，脉宽500fs，频率400kHz，扫描速度800mm/s，扫描间距70μm，扫描5次，在钛合金表面获得LIPSS结构；
S3，对加工后的钛合金进行清洁。
实施例2：
S1，将Ti12Mo6Zr2Fe钛合金样片打磨抛光至1000目，酒精超声波清洗5分钟，干燥；
S2，将钛合金样品置于飞秒激光器(波长1064nm)下，对钛合金表面进行激光织构处理，激光加工参数设置为：功率20W，脉宽500fs，频率400kHz，扫描速度800mm/s，扫描间距70μm，扫描5次，在钛合金表面获得微锥结构；
S3，对加工后的钛合金进行清洁。
实施例3：
S1，将Ti15Mo钛合金样品打磨抛光至1000目，酒精超声波清洗5分钟，干燥；
S2，将钛合金样品置于皮秒激光器(波长1064nm)下，对钛合金表面进行激光织构处理，激光加工参数设置为：功率7W，脉宽10ps，频率1MHz，扫描速度2000mm/s，扫描间距20μm，扫描10次，在钛合金表面获得不规则结构；
S3，对加工后的钛合金进行清洁。
实施例4：
S1，将Ti45Nb钛合金样品打磨抛光至1000目，酒精超声波清洗5分钟，干燥；
S2，将钛合金样品置于皮秒激光器(波长1064nm)下，对钛合金表面进行激光织构处理，激光加工参数设置为：功率3W，脉宽10ps，频率1kHz，扫描速度200mm/s，扫描间距50μm，扫描10次，在钛合金表面获得微沟槽结构；
S3，对加工后的钛合金进行清洁。

Claims (4)

1.一种激光诱导口腔钛合金植入物高生物活性表面的方法，通过激光织构加工工艺，利用超快激光在钛合金表面制造微纳结构，控制细胞生长，实现钛合金植入物高生物活性表面的制备，其特征在于，包含如下步骤：
S2，采用超快脉冲激光器对的钛合金样品进行激光织构加工，在钛合金表面获得微纳结构图案。
2.如权利要求1中所述的，钛合金材料为可以用于生物医学材料的钛合金等，包括Ti13Nb13Zr、Ti12Mo6Zr2Fe、Ti15Mo、Ti15Mo5Zr3Al和Ti45Nb等生物医用钛合金。
3.如权利要求1中所述的，采用超快脉冲激光进行激光微纳加工，其具体参数为：激光波长为193～1070nm，激光功率为0.5～300W,脉冲频率1k～5M Hz，脉宽为50fs～200ps，扫描速度为10～3000mm/s。
4.如权利要求1中所述的，激光加工获得的微纳结构图形，包括：LIPSS结构、微锥结构、微沟槽结构、不规则结构、以及上述结构的组合图形。LIPSS周期为10nm～100μm；微锥结构高度为50nm～100μm，间距为50nm～100μm；微沟槽宽度1～100μm，深度为5～100μm；不规则结构粗糙度为1～100nm。
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