科创中国

新材料技术,生物医用材料

山大生物材料研发团队在钛基牙种植体表面利用快速感应加热技术，并复合碱洗处理，可原位构建超亲水高活性微纳米结构复合改性层，且该膜层为原位生产的结构可控的氧化膜，具有较高的结合强度。通过喷砂酸蚀处理可在纯钛表面制备微米及亚微米的两级级凹坑结构，为了进一步优化膜层与基体的结合力并增加植入体与骨组织的机械锁合力，后在喷砂酸蚀的基础上进行碱洗感应加热可获得三级多孔结构且获得了钛酸钠、金红石和锐钛矿相的复合氧化膜。初步研究了其晶体微结构特征及其关键影响参数，证明了利用感应加热技术构建多尺度结构化膜的可行性。对酸蚀喷砂加碱洗（SLAA）及酸蚀喷砂加碱洗复合感应加热（SLAA-IHT）样品及其截面进行形貌和透射分析，发现感应加热并不会破坏碱洗原有的多孔结构，且会形成一层利于磷灰石沉积的氧化钛层。改性层表面还存在一定的含有氧空位的非晶结构，这有利于样品表面的亲水性以及对磷灰石的诱导沉积。前期部分生物学实验结果也证明，钛表面经SLAA-IHT处理后所得微纳氧化膜可显著促进骨髓间充质干细胞的成骨分化。已初步设计并搭建一套数控一体化碱洗复合感应加热自动化处理装置，可为经酸蚀喷砂后的牙种植体进行表面改性处理。

该成果在钛基金属表面进行碱洗处理形成钛酸钠纳米晶改性层，显著提升样品的亲水性。然后，利用感应加热技术在金属钛表面进行快速加热，由里到外形成致密且结构和物相组成可控的纳米结构氧化膜，该膜层可受样品周围氧浓度和气氛的影响，形成不同结构和物相的改性膜层。从而形成表面超亲水层，中间层为结构可控的高结合性纳米氧化膜的复合结构。究其原因，这是由于电-磁-热的转化，在金属表面钛形成“集肤效应”，“由里到外”加热，由于钛金属中的氧空位形成氧通道，从而区别于常规空气中加热钛金属形成的由外到里的氧化膜改性层。因此，本技术形成的氧化膜和基体结合强度高，形膜速度极快（几秒内完成氧化形膜），且可根据感应功率，线圈结构等调控膜层结构和物相组成。

“山东大学生物材料研发团队”依托山东大学材料学院和材料液固结构演变与加工教育部重点实验室，以吕宇鹏教授为学术带头人。团队在医用金属表面修饰及其生物活化领域的研究已有数十年的积累，系统开展了医用金属材料表面等离子喷涂磷灰石涂层、微弧氧化、预钙化、热氧化等表面改性研究工作，为本项目中钛表面氧化膜的制备提供了丰富的理论和实践基础。在前期试验中，申请人已利用IHT 技术在钛及其合金表面成功制备了以锐钛矿为主的纳米氧化膜，初步研究了其晶体微结构特征及其关键影响参数，证明了钛表面利用IHT 技术构建多尺度结构氧化膜的可行性。团队已在国内外重要学术期刊发表高水平论文100余篇，授权发明专利20余项，承担多项国家及省部级以上科研项目。长期以来，项目组与山东大学省立医院以及口腔医学院等在生物材料研究方向上形成了紧密的合作关系，多次共同承担材料-医学交叉学科项目。

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