CN1739811A - TiO2生物医用活性薄膜的制备方法 - Google Patents

TiO2生物医用活性薄膜的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN1739811A
CN1739811A CN 200510028678 CN200510028678A CN1739811A CN 1739811 A CN1739811 A CN 1739811A CN 200510028678 CN200510028678 CN 200510028678 CN 200510028678 A CN200510028678 A CN 200510028678A CN 1739811 A CN1739811 A CN 1739811A
Authority
CN
China
Prior art keywords
target
thin film
vacuum chamber
substrate
medical implant
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN 200510028678
Other languages
English (en)
Other versions
CN100345599C (zh
Inventor
钟晓霞
周威
袁璐琦
夏宇兴
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shanghai Jiaotong University
Original Assignee
Shanghai Jiaotong University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shanghai Jiaotong University filed Critical Shanghai Jiaotong University
Priority to CNB2005100286781A priority Critical patent/CN100345599C/zh
Publication of CN1739811A publication Critical patent/CN1739811A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN100345599C publication Critical patent/CN100345599C/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Materials For Medical Uses (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

一种生物材料技术领域的TiO2生物医用活性薄膜的制备方法，步骤如下：将基材清洗后烘干后备用；固定钛靶，调节靶面至基板的距离，靶表面上溅射区域的磁场强度为2800高斯；烘烤磁控溅射***真空室，通入氩气，对钛靶进行直流辉光溅射清洗；在基板附近通入氧气，调节氩气与氧气的流量比在10∶1至5∶1，调节总气压在0.3Pa－4Pa，调节溅射功率在40W－80W，即开始直流反应磁控溅射成膜；溅射后从真空室取出试样，即在基材表面沉积了一层纳米结构TiO2生物活性薄膜。本发明简单经济，制得的纳米结构TiO2生物活性膜与植入物表面结合牢固，对原医用植入物的机械性能无任何破坏，提高了原普通医用植入物的生物相容性，有很大的应用潜力。

Description

TiO2生物医用活性薄膜的制备方法
技术领域
本发明涉及的是一种生物材料技术领域的制备方法，特别是一种TiO2生物医用活性薄膜的制备方法。
背景技术
天然的骨骼表面是由致密的大小为几十纳米的结晶颗粒构成的，其表面突起大约在几百纳米，并且上面吸附了对成骨细胞贴附生长起决定性作用的蛋白质分子，其大小也是纳米量级的。普通医用植入物材料，诸如钛及钛合金植入物，其表面由微米颗粒组成，微米尺度的表面突起在纳米尺度下光滑，从而限制了细胞和表面在纳米尺度上的相互作用，使这类材料和骨组织间不能稳定结合，造成植入体松动脱落。因此，制备和加工纳米结构生物医用植入材料，将可能促进植入材料和骨细胞的相互作用，提高材料和骨组织间的结合强度。
经对现有技术的文献检索发现，刊登在《Biomaterials》(《生物材料》)1999年第20卷1221-1227页的文章“Osteoblast adhesion on nanophaseceramics”(“成骨细胞在纳米相陶瓷上的粘连”)，该文中公开了纳米陶瓷的制备方法，将尺度约为32nm TiO2纳米颗粒高温烧结成二氧化钛生物陶瓷材料，通过对温度参数的选择和控制，控制材料表面颗粒尺度。体外细胞培养实验研究表明表面颗粒尺度为20nm～32nm TiO2材料在生物细胞实验中显示了更优越的细胞活性。遗憾的是，由于陶瓷材料强度不高容易断裂，而且用陶瓷材料加工成所需植入物需预先订制，现场无法塑型，应用成本较高，所以纳米颗粒高温压结而成的陶瓷材料在实际应用中有其局限性。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供一种TiO2生物医用活性薄膜的制备方法，使其具有简单经济的优点，在保持原有良好机械性能的前提下，在普通生物医用植入物材料表面修饰一层具有恰当纳米结构的膜层，以改善其生物活性。
本发明是通过以下技术方案实现的，步骤如下：
(1)将待处理的医用植入物基材先后置入丙酮和无水乙醇溶液中超声清洗15分钟，然后用去离子水冲洗，烘干后备用。
(2)将纯度为99.9％的钛靶固定在磁控阴极靶托上，将清洗烘干后待处理的医用植入物基材固定在磁控溅射***真空室的样品基座上。靶面至样品的距离为60mm至110mm之间，靶表面上溅射区域的磁场强度约为2800高斯。
(3)烘烤磁控溅射***真空室，待真空室本底真空抽至2×10-3Pa以下时，通入氩气，直至气压达到0.3Pa-4Pa之间后，对溅射***中的钛靶进行直流辉光溅射清洗。溅射清洗时，转动档板位置，用档板将待处理的医用植入物基材和钛靶隔开，以免从钛靶表面溅射出的成分沉积到待处理的医用植入物基材上。
(4)待溅射清洗稳定后，在基板附近通入氧气，此时氩气流量保持在30sccm，调节氩气与氧气的流量比在10∶1至5∶1之间，调节总气压在0.3Pa-4Pa之间，调节功率在40W-80W之间，反应直流磁控溅射钛靶。移开档板，在待处理的医用植入物基材上沉积纳米结构TiO2生物活性膜。
(5)溅射后从真空室取出试样，即在基材表面沉积了一层纳米结构TiO2生物活性薄膜。将试样从真空室取出后，可以置入退火炉中并在200-300摄氏度空气或者水蒸气氛围中保持10小时左右。
本发明制备得到的纳米结构TiO2生物活性薄膜，表面布满了致密且均匀的TiO2颗粒，通过选择恰当的制备参数，薄膜表面平均颗粒尺度可控制在在10nm至50nm之间，薄膜厚度控制在20nm-200nm之间。
本发明采用反应磁控溅射的技术，根据物理气相沉积成膜理论，选择合适的工艺参数以及成膜后处理手段，在医用植入物表面修饰一层颗粒尺度恰当纳米结构的TiO2薄膜。与现有技术相比，简单经济，而且通过这种方法制得的纳米结构TiO2生物活性膜与植入物表面结合牢固，对原医用植入物的机械性能无任何破坏，提高了原普通医用植入物的生物活性，方法简单且成本较低，有很大的应用潜力。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的描述。
实施例1
将经过抛光的医用植入物Ti基材先后置入丙酮和无水乙醇溶液中超声清洗15分钟，然后用去离子水冲洗，烘干备用。将纯度为99.9％的钛靶固定在磁控阴极靶托上，将清洗烘干后待处理的医用植入物基材固定在磁控溅射***真空室的样品基座上。靶表面上溅射区域的磁场强度约为2800高斯，靶面至基板的距离为60mm。制备前先烘烤真空室，待本底真空抽至2×10-3Pa时，通入氩气至1Pa后对靶材进行直流辉光溅射清洗。待完成溅射清洗钛靶后，在基板附近通入氧气，此时调节氩气与氧气的流量分别为30sccm和6sccm，总气压为0.3Pa。调节功率至40W，溅射1小时后从真空室取出式样，即在基材表面沉积了一层纳米结构TiO2生物活性薄膜。
经X射线衍射检测，在该条件下，薄膜的晶相为金红石结构。经椭偏仪检测，该条件下薄膜折射率在550nm处达2.58，薄膜的厚度约为36nm。经原子力显微镜AFM检测，薄膜表面颗粒平均尺度为10nm左右。
实施例2
将抛光的医用植入物Ti6Al4V基材先后置入丙酮和无水乙醇溶液中超声清洗15分钟，然后用去离子水冲洗，烘干备用。将纯度为99.9％的钛靶固定在磁控阴极靶托上，将清洗烘干后待处理的医用植入物Ti6Al4V基材固定在磁控溅射***真空室的样品基座上。靶表面上溅射区域的磁场强度约为2800高斯，靶面至基板的距离为110mm。制备前先烘烤真空室，待本底真空抽至2×10-3Pa时，通入氩气至0.3Pa后对靶材进行直流辉光溅射清洗。待完成溅射清洗钛靶后，在基板附近通入氧气，此时调节氩气与氧气的流量分别为30sccm和3sccm，总气压为4Pa。调节功率至40W，溅射8小时后从真空室取出式样，即在基材表面得到了一层纳米结构TiO2薄膜。
经X射线衍射检测，在该条件下，薄膜的晶相为锐钛矿结构。经椭偏仪检测，该条件下薄膜折射率在550nm处达2.20，薄膜厚度约为75nm。经原子力显微镜AFM检测，薄膜表面颗粒平均尺度为40nm左右。
实施例3
将抛光的医用植入物Ti6Al4V基材先后置入丙酮和无水乙醇溶液中超声清洗15分钟，然后用去离子水冲洗，烘干备用。将纯度为99.9％的钛靶固定在磁控阴极靶托上，将清洗烘干后待处理的医用植入物Ti6Al4V基材固定在磁控溅射***真空室的样品基座上。靶表面上溅射区域的磁场强度约为2800高斯，靶面至基板的距离为90mm。制备前先烘烤真空室，待本底真空抽至2×10-3Pa时，通入氩气至0.3Pa后对靶材进行直流辉光溅射清洗。待完成溅射清洗钛靶后，在基板附近通入氧气，此时调节氩气与氧气的流量分别为30sccm和5sccm，总气压为1.2Pa。调节功率至80W，溅射8小时后从真空室取出式样，将其在退火炉中250摄氏度空气氛围中保持10小时，即在基材表面得到了一层纳米结构TiO2薄膜。
经X射线衍射检测，在该条件下，薄膜的晶相为锐钛矿与金红石的混合结构。经椭偏仪检测，该条件下薄膜折射率在550nm处达2.482，薄膜厚度约为150nm。经原子力显微镜AFM检测，薄膜表面颗粒平均尺度为50nm左右。
实施例4
将抛光的医用植入物Ti基材先后置入丙酮和无水乙醇溶液中超声清洗15分钟，然后用去离子水冲洗，烘干备用。将纯度为99.9％的钛靶固定在磁控阴极靶托上，将清洗烘干后待处理的医用植入物Ti基材固定在磁控溅射***真空室的样品基座上。靶表面上溅射区域的磁场强度约为2800高斯，靶面至基板的距离为90mm。制备前先烘烤真空室，待本底真空抽至2×10-3Pa时，通入氩气至1Pa后对靶材进行直流辉光溅射清洗。待完成溅射清洗钛靶后，在基板附近通入氧气，此时调节氩气与氧气的流量分别为30sccm和5sccm，总气压为1.2Pa。调节功率至40W，溅射2小时后从真空室取出式样，即在基材表面得到了一层纳米结构TiO2薄膜。
经X射线衍射检测，在该条件下，薄膜为非晶或纳米微晶结构。经椭偏仪检测，该条件下薄膜折射率在550nm处达2.376，薄膜厚度约为38nm。经原子力显微镜AFM检测，薄膜表面颗粒平均尺度为30nm左右。
实施例5
将抛光的医用植入物Ti6Al4V基材先后置入丙酮和无水乙醇溶液中超声清洗15分钟，然后用去离子水冲洗，烘干备用。将纯度为99.9％的钛靶固定在磁控阴极靶托上，将清洗烘干后待处理的医用植入物Ti6Al4V基材固定在磁控溅射***真空室的样品基座上。靶表面上溅射区域的磁场强度约为2800高斯，靶面至基板的距离为100mm。制备前先烘烤真空室，待本底真空抽至2×10-3Pa时，通入氩气至0.3Pa后对靶材进行直流辉光溅射清洗。待完成溅射清洗钛靶后，在基板附近通入氧气，此时调节氩气与氧气的流量分别为30sccm和5sccm，总气压为1.2Pa。调节功率至40W，溅射4小时后从真空室取出式样，将其在退火炉中250摄氏度水蒸气气氛围中保持10小时，即在基材表面得到了一层纳米结构TiO2薄膜。
经X射线衍射检测，在该条件下，薄膜的晶相为锐钛矿与金红石的混合结构。经椭偏仪检测，该条件下薄膜折射率在550nm处达2.332，薄膜厚度约为52nm。经原子力显微镜AFM检测，薄膜表面颗粒平均尺度为35nm左右。

Claims (6)

1、一种TiO2生物医用活性薄膜的制备方法，其特征在于，步骤如下：
(1)将待处理的医用植入物基材清洗后烘干后备用：将待处理的医用植入物基材先后置入丙酮和无水乙醇溶液中超声清洗15分钟，然后用去离子水冲洗，烘干备用；
(2)将钛靶固定在磁控阴极靶托上，并将清洗烘干后待处理的医用植入物基材固定在磁控溅射***真空室的样品基座上，调节靶面至基板的距离，靶表面上溅射区域的磁场强度为2800高斯；
(3)烘烤磁控溅射***真空室，通入氩气，对溅射***中的钛靶进行直流辉光溅射清洗，溅射清洗时，转动档板位置，用档板将待处理的医用植入物基材和钛靶隔开，以免从钛靶表面溅射出的成分沉积到待处理的医用植入物基材上；
(4)待完成溅射清洗钛靶后，在基板附近通入氧气，此时氩气流量保持在30sccm，调节氩气与氧气的流量比在10∶1至5∶1之间，调节总气压在0.3Pa-4Pa之间，调节溅射功率在40W-80W之间，即开始直流反应磁控溅射成膜，移开档板，在待处理的医用植入物基材上沉积纳米结构TiO2生物活性膜；
(5)溅射后从真空室取出试样，即在基材表面沉积了一层纳米结构TiO2生物活性薄膜。
2、根据权利要求1所述的TiO2生物医用活性薄膜的制备方法，其特征是，所述的步骤(2)，钛靶纯度为99.9％。
3、根据权利要求1或者2所述的TiO2生物医用活性薄膜的制备方法，其特征是，所述的步骤(2)，靶面至基板的距离为60mm至110mm之间。
4、根据权利要求1所述的TiO2生物医用活性薄膜的制备方法，其特征是，所述的步骤(3)，待本底真空抽至2×10-3Pa时，通入氩气，直至气压达到0.3Pa-4Pa之间后，对溅射***中的钛靶进行直流辉光溅射清洗。
5、根据权利要求1所述的TiO2生物医用活性薄膜的制备方法，其特征是，所述的步骤(5)，试样从真空室取出后，或者置入退火炉中并在200-300摄氏度空气氛围中保持10小时。
6、根据权利要求1或者5所述的TiO2生物医用活性薄膜的制备方法，其特征是，所述的步骤(5)，试样从真空室取出后，或者置入退火炉中并在200-300摄氏度水蒸气氛围中保持10小时。
CNB2005100286781A 2005-08-11 2005-08-11 TiO2生物医用活性薄膜的制备方法 Expired - Fee Related CN100345599C (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CNB2005100286781A CN100345599C (zh) 2005-08-11 2005-08-11 TiO2生物医用活性薄膜的制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CNB2005100286781A CN100345599C (zh) 2005-08-11 2005-08-11 TiO2生物医用活性薄膜的制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN1739811A true CN1739811A (zh) 2006-03-01
CN100345599C CN100345599C (zh) 2007-10-31

Family

ID=36092432

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CNB2005100286781A Expired - Fee Related CN100345599C (zh) 2005-08-11 2005-08-11 TiO2生物医用活性薄膜的制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN100345599C (zh)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101967625A (zh) * 2010-10-15 2011-02-09 镇江忆诺唯记忆合金有限公司 一种控制磁控溅射功率在NiTiV基体表面沉积TiO2氧化膜的方法
CN101994094A (zh) * 2010-09-30 2011-03-30 江苏大学 一种室温下制备金红石型TiO2薄膜的方法
CN102899623A (zh) * 2012-08-29 2013-01-30 昆山铁牛衬衫厂 纺织材料上沉积纳米TiO2薄膜的方法
EP3292877A1 (de) * 2016-09-09 2018-03-14 Universität Basel Implantat oder osteosynthese und verfahren zu dessen herstellung
CN109913835A (zh) * 2019-04-08 2019-06-21 大连交通大学 一种具有载流子迁移率可控的金红石相二氧化钛薄膜材料的制备方法

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4214327B2 (ja) * 1997-07-14 2009-01-28 株式会社ブリヂストン 酸化チタン膜及び光触媒膜の作製方法
CN1101353C (zh) * 2000-04-11 2003-02-12 复旦大学 一种自清洁玻璃及其制备方法
CN1118587C (zh) * 2000-12-07 2003-08-20 杉杉集团有限公司 金红石疏水薄膜的强化直流磁控溅射制备方法
CN1141178C (zh) * 2001-10-31 2004-03-10 清华大学 二氧化钛光催化空气净化薄膜及其制备方法
CN1199726C (zh) * 2003-05-27 2005-05-04 清华大学 含氮的二氧化钛光催化薄膜及其制备方法

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101994094A (zh) * 2010-09-30 2011-03-30 江苏大学 一种室温下制备金红石型TiO2薄膜的方法
CN101994094B (zh) * 2010-09-30 2013-05-08 江苏大学 一种室温下制备金红石型TiO2薄膜的方法
CN101967625A (zh) * 2010-10-15 2011-02-09 镇江忆诺唯记忆合金有限公司 一种控制磁控溅射功率在NiTiV基体表面沉积TiO2氧化膜的方法
CN102899623A (zh) * 2012-08-29 2013-01-30 昆山铁牛衬衫厂 纺织材料上沉积纳米TiO2薄膜的方法
EP3292877A1 (de) * 2016-09-09 2018-03-14 Universität Basel Implantat oder osteosynthese und verfahren zu dessen herstellung
WO2018046655A1 (de) * 2016-09-09 2018-03-15 Universität Basel Implantat oder osteosynthese und verfahren zu dessen herstellung
CN109913835A (zh) * 2019-04-08 2019-06-21 大连交通大学 一种具有载流子迁移率可控的金红石相二氧化钛薄膜材料的制备方法
CN109913835B (zh) * 2019-04-08 2023-09-15 大连交通大学 一种具有载流子迁移率可控的金红石相二氧化钛薄膜材料的制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN100345599C (zh) 2007-10-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101429644B (zh) 金属或金属氧化物纳米颗粒的薄膜制备方法
Hasan et al. Influence of substrate and annealing temperatures on optical properties of RF-sputtered TiO2 thin films
CN100345599C (zh) TiO2生物医用活性薄膜的制备方法
CN101869725B (zh) 一种含有纳米Ag粒子的抗菌型生物活性复合涂层及制备方法
CN100465332C (zh) 低温下制备锐钛矿晶相二氧化钛薄膜的方法
Huang et al. Enhanced SaOS-2 cell adhesion, proliferation and differentiation on Mg-incorporated micro/nano-topographical TiO2 coatings
CN105779955B (zh) 一种髋关节假体柄表面纳米生物活性涂层及其制备方法
CN111926289B (zh) 一种钽涂层制备方法
Zhao et al. Plasma-sprayed ZnO/TiO 2 coatings with enhanced biological performance
Zhou et al. Plasma‐controlled nanocrystallinity and phase composition of TiO2: A smart way to enhance biomimetic response
CN110359019B (zh) 一种表面具有纳米级类骨TiO2膜层的钛合金
Kleiman et al. Anatase TiO2 films obtained by cathodic arc deposition
CN107583107B (zh) 一种硼化钽生物涂层及其制备方法与应用
CN100406611C (zh) 制备纳米结构生物活性钛金属薄膜的方法
CN1736493A (zh) TiO2－HA生物医用纳米结构薄膜的制备方法
CN1118587C (zh) 金红石疏水薄膜的强化直流磁控溅射制备方法
CN104831248B (zh) 无模板制备大比表面积铜颗粒膜复合材料的方法
Teng et al. Fabrication and bioactivity evaluation of porous anodised TiO2 films in vitro
CN101139702B (zh) 脉冲激光沉积制备硅基锐钛矿相TiO2薄膜的方法
CN102912305A (zh) 一种非晶Al2O3包覆超细纳米晶ZrO2复合涂层材料的制备方法
Toma et al. Researches on the Improvement of the Bioactivity of TiO2 Deposits, Obtained by Magnetron Sputtering-DC
CN115478255B (zh) 一种含银纳米复合抗菌涂层的制备方法
Ueda et al. Photo-induced formation of hydroxyapatite on TiO2 synthesized by a chemical–hydrothermal treatment
Toma et al. Influence of process parameters on the properties of TiO2 films deposited by a DC magnetron sputtering system on glass support
Meng et al. Different morphology of hydroxyapatite coatings on titanium by electrophoretic deposition

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
C17 Cessation of patent right
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20071031

Termination date: 20100811