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1、(10)授权公告号 CN 103405806 B (45)授权公告日 2014.12.10 CN 103405806 B (21)申请号 201310311849.6 (22)申请日 2013.07.23 A61L 27/32(2006.01) (73)专利权人 东华大学 地址 201620 上海市松江区松江新城人民北 路 2999 号 (72)发明人 倪似愚 李晓宏 李长艳 于晓伟 (74)专利代理机构 上海泰能知识产权代理事务 所 31233 代理人 黄志达 CN 102206846 A,2011.10.05, 说明书第 0003-0026 段 . CN 1676676 A,2005.10。
2、.05, 全文 . CN 102925947 A,2013.02.13, 全文 . CN 103041393 A,2013.04.17, 全文 . 倪似愚等 . 直径可控阳极氧化铝表面有序纳 米孔阵列对脐静脉内皮细胞 .中国组织工程研 究 .2012,第16卷(第29期),第5336-5340页. 刘巍等 . 腐蚀条件对氧化铝纳米线制备的影 响 .粉末冶金材料科学与工程 .2009, 第 14 卷 ( 第 2 期 ), 第 100-104 页 . (54) 发明名称 一种对多孔阳极氧化铝 PAA 表面生物活化改 性的方法 (57) 摘要 本发明涉及一种对多孔阳极氧化铝 PAA 表面 生物活化改。
3、性的方法， 包括 ： 将多孔阳极氧化铝 PAA 置于含磷改性溶液中浸渍 2-6h ； 取出多孔阳 极氧化铝 PAA 后， 进行真空干燥， 煅烧， 然后自然 冷却至室温， 洗涤， 即得改性后的 PAA。本发明制 备成本低， 操作简单， 效果显著 ； 活化态的 PAA 具 备优良的诱导类骨磷灰石形成的能力， 对生物材 料表面活性化改性研究具有十分积极的意义。 (51)Int.Cl. (56)对比文件 审查员 陈冲 权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 4 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利 权利要求书1页 说明书4页 附图4页 (10)授权公告号 CN 10340580。
4、6 B CN 103405806 B 1/1 页 2 1. 一种对多孔阳极氧化铝 PAA 表面生物活化改性的方法， 包括 ： (1) 将多孔阳极氧化铝 PAA 置于含磷改性溶液中浸渍 2-6h， 其中温度维持在 0-5； 其 中 PAA 的孔径为 50-200nm， 孔壁厚度为 15-60nm ； 含磷改性溶液为磷酸溶液、 磷酸铵溶液或 磷酸氢铵溶液 ； 含磷改性溶液中磷酸根或磷酸氢根离子的浓度为 0.1-0.5M ； (2) 取出多孔阳极氧化铝 PAA 后， 进行真空干燥， 煅烧， 然后自然冷却至室温， 洗涤， 即 得改性后的 PAA。 2. 根据权利要求 1 所述的一种对多孔阳极氧化铝 P。
5、AA 表面生物活化改性的方法， 其特 征在于 ： 所述步骤 (2) 中真空干燥温度为 100-130， 时间为 10-15h。 3. 根据权利要求 1 所述的一种对多孔阳极氧化铝 PAA 表面生物活化改性的方法， 其特 征在于 ： 所述步骤 (2) 中煅烧时升温速率为 1-3 /min， 煅烧温度为 500-600， 煅烧时间 为 3-6h。 权 利 要 求 书 CN 103405806 B 2 1/4 页 3 一种对多孔阳极氧化铝 PAA 表面生物活化改性的方法 技术领域 0001 本发明属于多孔阳极氧化铝 PAA 改性方法领域， 特别涉及一种对多孔阳极氧化铝 PAA 表面生物活化改性的方法。
6、。 背景技术 0002 PAA 表面具有有序的蜂窝状多孔结构， 具有优异的耐磨防蚀性能和生物相容性， 且 植入体内后具有良好的生物安全性、 无毒副作用， 因此有望作为一种新型的生物医用金属 材料的表面涂层。但由于 PAA 在体液环境中其表面所形成的 Al-OH 基团带正电， 本身并不 具有诱导类骨磷灰石沉积的能力， 呈生物惰性 （J Ceram Soc Jpn,2001,109(4):S49-S57） ， 因此在植入人体后与周围骨组织只是机械嵌连， 而非生物性结合， 与骨的结合强度较低， 容 易发生松动和脱落 （J.Bimed.Mater.Res.,1997,37:267-275） ， 限制了。
7、其应用和发展。 因此， 如果对 PAA 表面进行生物活化改性， 使其能够在生理环境下诱导类骨磷灰石生成， 从而就 可能实现与骨组织间的化学键合。 有学者在惰性生物材料表面涂覆能够在生物体内诱导活 性基团产生的陶瓷涂层或直接涂覆活性基团， 复合出生物活性和力学性能均良好的新型硬 组织材料。 因此， 利用表面活化改性技术不仅可以提高金属表面的稳定性和耐磨性， 还可以 赋予植入体生物活性。 PAA表面经生物活化改性处理后， 期望在生理环境下能够诱导类骨磷 灰石层沉积， 从而有利于相关功能细胞的黏附和增殖， 促进植入物早期、 牢固的骨结合。这 在临床整形外科手术方面有着十分重要的意义。 0003 He。
8、 等人 （Materials Science and Engineering A367(2004)51-56）通过磁控 溅射物理气相沉积 （PVD） 技术在 Ti 金属片上镀上一定厚度的 Al 膜， 然后在含 Ca、 P 的电 解液中进行阳极氧化， 将阳极氧化后的 PAA 薄膜在一定的条件下水热处理， 最终在 Ti 片 上获得了纤维状、 纳米多孔的 CaP（聚合体） /Al2O3复合生物涂层， 该复合生物材料除了 具有良好的生物活性， 还表现出较好的生物化学稳定性、 高强度以及优异的耐磨抗蚀性， 有着良好的临床应用潜力。Erin 等人 （Biomaterials2005,26 ： 1969-1。
9、976）通过在 PAA 上物理吸附玻连蛋白和共价固定 RGDC 多肽增强了成骨细胞在材料表面的黏附能力及 相关蛋白的表达， 而未修饰的对照组 PAA 却没有这些显著的效果。Wu 等人 (Materials Letters,2007,61:2952-2955) 通过物理气相沉积、 阳极氧化、 气相处理、 电沉积和水热处理 等方法在 Ti 基底上合成了 HAP/Al2O3复合生物涂层， 该复合生物涂层在 SBF 中具有很好的 诱导类骨磷灰石生成的能力， 但该材料也有不尽人意之处， 制备方法要求的设备复杂， 成本 相对要求较高， 能耗较大， 涂层的结构、 晶相和性能受许多工艺参数的影响， 难以大规模。
10、地 推广。 发明内容 0004 本发明所要解决的技术问题是提供一种对多孔阳极氧化铝 PAA 表面生物活化改 性的方法， 该方法制备成本低， 操作简单， 效果显著 ； 活化态的 PAA 具备优良的诱导类骨磷 灰石形成的能力， 对生物材料表面活性化改性研究具有十分积极的意义。 说 明 书 CN 103405806 B 3 2/4 页 4 0005 本发明的一种对多孔阳极氧化铝 PAA 表面生物活化改性的方法， 包括 ： 0006 （1）将多孔阳极氧化铝 PAA 置于含磷改性溶液中浸渍 2-6h， 其中温度维持在 0-5 ； 0007 （2） 取出多孔阳极氧化铝 PAA 后， 进行真空干燥， 煅烧，。
11、 然后自然冷却至室温， 洗 涤， 以去除 PAA 表面及孔洞中未结合的 PO43-基团， 即得改性后的 PAA。 0008 所述步骤 （1） 中 PAA 的孔径为 50-200nm， 孔壁厚度为 15-60nm。 0009 所述步骤 （1） 中含磷改性溶液为磷酸溶液、 磷酸铵溶液或磷酸氢铵溶液 ； 含磷改 性溶液中磷酸根或磷酸氢根离子的浓度为 0.1-0.5M。 0010 所述步骤 （2） 中真空干燥温度为 100-130， 时间为 10-15h。 0011 所述步骤 （2） 中煅烧时升温速率为 1-3 /min， 煅烧温度为 500-600， 煅烧时间 为 3-6h。 0012 本发明通过对。
12、 PAA 浸渍， 干燥， 煅烧处理后在其表面引入 PO43-基团， 使原惰性的钝 化态的氧化膜转化为活化态氧化膜， 这种活化态的 PAA 具备优良的诱导类骨磷灰石形成的 能力， 对生物材料表面活性化改性研究具有十分积极的意义。 0013 材料的表征及体外生物活性评价 0014 改性前后 PAA 的 FTIR、 EDS 表征 ： 0015 图 2 所示改性前后 PAA 的 EDS 图谱说明了改性后的 PAA 掺有 P 元素 ； 采用 FTIR 对 改性前后 PAA 表面的特征基团进行了表征， 由图 3 可知， 1078cm-1处的强吸收峰归属于改性 PAA 所特有的 P-O 吸收峰， 说明在 P。
13、AA 表面引入了 PO43-基团。 0016 改性 PAA 的模拟体液浸泡实验 0017 本发明选用一种离子浓度与人体血浆相近， pH 值为 7.4 的模拟体液 （Simulated Body Fluid,SBF） 来研究改性 PAA 的体外生物活性， 模拟体液的组成如表 1 所示， 模拟体液 的配制是将分析纯试剂 NaCl、 NaHCO3、 KCl、 K2HPO4.3H2O、 MgCl2.6H2O、 CaCl2和 Na2SO4溶解于 去离子水中， 然后用盐酸 （HCl） 和三羟甲基氨基甲烷 （(CH2OH)3CNH2） 将其缓冲至 pH=7.4， 使 其与人体血浆的 pH 相符。 0018 。
14、表 1 模拟体液与人体血浆的离子浓度 （mM） 0019 0020 将改性后的 PAA 置于去离子水中各超声清洗 10min， 自然干燥， 然后将 PAA 放入 37的 SBF 中， 分别于 1 天、 3 天和 7 天后取出， 用去离子水清洗后自然干燥， 实验过程中每 隔 24h 更换一次 SBF。用带有 X 射线能谱的场发射扫描电镜 （FESEM） 观察试样表面经 SBF 浸泡不同时间后的表面形貌变化， SBF 浸泡的实验结果显示 ： 改性 PAA 浸入 SBF1 天后， 钙磷 晶体在功能化表面上发生异相成核生长 ； 随着浸泡时间的延长， 改性 PAA 表面形成的类骨 磷灰石层越来越致密， 。
15、微孔结构逐渐被类骨磷灰石层覆盖， 表明改性 PAA 具有优良的生物 活性， 用傅立叶变换红外光谱 （FTIR） 分析改性 PAA 经过 SBF 浸泡不同时间后表面化学组成 变化， 其结果进一步证实了改性的 PAA 表面及孔洞中形成的是类骨磷灰石。 说 明 书 CN 103405806 B 4 3/4 页 5 0021 由此可见， 通过对 PAA 表面进行磷化处理可以有效地在 PAA 表面及孔洞中引入 PO43-基团， 随后通过SBF浸泡实验表明改性的PAA具有良好的生物活性， 可以作为具有良好 生物活性的表面涂层材料， 具有较好的实用价值。 0022 有益效果 0023 （1） 本发明制备成本。
16、低， 操作简单， 效果显著 ； 0024 （2） 本发明所得的活化态的 PAA 具备优良的诱导类骨磷灰石形成的能力， 对生物 材料表面活性化改性研究具有十分积极的意义 ； 0025 （3） 本发明所得的活化态 PAA 表面有望作为一种新型的人工植入材料的表面涂层 而应用于生物材料领域。 附图说明 0026 图 1 为改性前 PAA 表面的低倍 （a） 和高倍 （b） FESEM 图 ； 0027 图 2 为改性前和改性后 PAA 表面的 EDS 图谱 ； 0028 图 3 为改性前和改性后 PAA 表面的 FTIR 图谱 ； 0029 图 4 为改性 PAA 浸泡 SBF1 天后的低倍 （a）。
17、 和高倍 （b） FESEM 图 ； 0030 图 5 为改性 PAA 浸泡 SBF3 天后的低倍 （c） 和高倍 （d） FESEM 图 ； 0031 图 6 为改性 PAA 浸泡 SBF7 天后的低倍 （e） 和高倍 （f） FESEM 图 ； 0032 图 7 为改性 PAA 浸泡 SBF1 天后的 EDS 图谱 ； 0033 图 8 为改性 PAA 浸泡 SBF3 天后的 EDS 图谱 ； 0034 图 9 为改性 PAA 浸泡 SBF7 天后的 EDS 图谱 ； 0035 图 10 为改性 PAA 浸泡 SBF1， 3， 7 天后的 FTIR 图谱 ； 0036 图 11 为改性 P。
18、AA 浸泡 SBF7 天后的 XRD 图谱。 具体实施方式 0037 下面结合具体实施例， 进一步阐述本发明。 应理解， 这些实施例仅用于说明本发明 而不用于限制本发明的范围。 此外应理解， 在阅读了本发明讲授的内容之后， 本领域技术人 员可以对本发明作各种改动或修改， 这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定 的范围。 0038 实施例 1 0039 （1）配制磷酸改性溶液， 其中磷酸的浓度为 0.4M， 将孔径为 130nm， 孔壁厚度为 36nm 的 PAA 置于磷酸改性溶液中浸渍 4h， 体系的温度维持在 0 ； 0040 （2） 取出上述改性溶液中的 PAA， 再于 110下真。
19、空干燥 10h ； 0041 （3） 将真空干燥后的 PAA 转入马弗炉中在 500下煅烧 , 其升温速率为 2 /min， 保温时间为5h， 自然冷却至室温， 处理后的试样经去离子水反复冲洗PAA表面,去除PAA表 面及孔洞中未结合的 PO43-基团。 0042 （4） 改性 PAA 进行体外生物活性研究 ： 将改性完成后的 PAA 在 SBF 中浸泡 1 天后 进行 FESEM、 EDS 及 FTIR 表征， 其结果如图 4、 图 7 和图 10 所示。 0043 实施例 2 0044 （1） 配制磷酸铵改性溶液， 其中磷酸铵的浓度为 0.3M， 将孔径为 160nm， 孔壁厚度 说 明 。
20、书 CN 103405806 B 5 4/4 页 6 为 45nm 的 PAA 置于磷酸铵改性溶液中浸渍 3h， 体系的温度维持在 3 ； 0045 （2） 取出上述改性溶液中的 PAA， 再于 120下真空干燥 12h ； 0046 （3） 将真空干燥后的 PAA 转入马弗炉中在 550下煅烧 , 其升温速率为 1 /min， 保温时间为3h， 自然冷却至室温， 处理后的试样经去离子水反复冲洗PAA表面,去除PAA表 面及孔洞中未结合的 PO43-基团。 0047 （4） 改性 PAA 进行体外生物活性研究 ： 将改性完成后的 PAA 在 SBF 中浸泡 3 天后 进行 FESEM、 EDS。
21、 及 FTIR 表征， 其结果如图 5、 图 8 及图 10 所示。 0048 实施例 3 0049 （1） 配制磷酸氢铵改性溶液， 其中磷酸氢铵的浓度为 0.5M， 将孔径为 180nm， 孔壁 厚度为 55nm 的 PAA 置于磷酸氢铵改性溶液中浸渍 5h， 体系的温度维持在 4 ； 0050 （2） 取出上述改性溶液中的 PAA， 再于 100下真空干燥 14h ； 0051 （3） 将真空干燥后的 PAA 转入马弗炉中在 600下煅烧 , 其升温速率为 3 /min， 自然冷却至室温， 处理后的试样经去离子水反复冲洗 PAA 表面 , 去除 PAA 表面及孔洞中未 结合的 PO43-基。
22、团。 0052 （4） 改性 PAA 进行体外生物活性研究 ： 将改性完成后的 PAA 在 SBF 中浸泡 7 天后 进行 FESEM、 EDS、 FTIR 及 XRD 表征， 其结果如图 6、 图 9、 图 10 及图 11 所示。 说 明 书 CN 103405806 B 6 1/4 页 7 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 103405806 B 7 2/4 页 8 图 3 图 4 图 5 说 明 书 附 图 CN 103405806 B 8 3/4 页 9 图 6 图 7图 8 图 9 说 明 书 附 图 CN 103405806 B 9 4/4 页 10 图 10 图 11 说 明 书 附 图 CN 103405806 B 10 。