一种生物实验室制备钛纳米管阵列的装置

摘要

本发明公开了一种生物实验室制备钛纳米管阵列的装置，包括中央电解池、外周冷却池、电解槽盖、阳极电极夹和铂片阴极；中央电解池和外周冷却池从内至外依次同轴设置；中央电解池的侧壁上设置有500ml的定容线；中央电解池内设置有电解液，外周冷却池内设置有冷却液；电解槽盖盖合在所述中央电解池的顶端；电解槽盖上开设有四个电极杆插孔；阳极电极夹由电极杆和设置其头端的螺旋夹持头组成；铂片阴极由电极杆及设置在其头端的铂片组成。本发明的生物实验室制备钛纳米管阵列的装置，结构简单，操作易行；各项参数刻度化，可以很好的控制电解过程中电解液的温度波动，可有效解决不同批次间所制备纳米管阵列均一性问题。

说明书

技术领域

本发明涉及一种生物实验室制备钛纳米管阵列的装置。

背景技术

纳米形貌是指一类在纳米尺寸上的特征形貌，它的表现形式多样，包括纳米凹坑、纳米管等。骨髓间充质干细胞可以分化为多种细胞类型，它是一种物理信号响应细胞。基地刚度、压应力、拉伸力等物理刺激均可以在不依赖化学信号的条件下实现独立调控骨髓间充质干细胞的分化。纳米管这一纳米形貌形式就可以通过影响细胞的粘附来影响细胞形状的改变，而同时细胞形状的改变意味着细胞骨架的重排及细胞内生物力学的再平衡，这进一步改变了干细胞的基因表达从而达到调控骨髓间充质干细胞定向分化的目的。钛金属材料因其较高的强度、较低的弹性模量及较好的生物相容性成为临床应用最为广泛的内植物材料之一。然而钛金属内植物同样面临着内植物-宿主骨界面整合欠佳的问题。在钛金属材料表面制备适宜的钛纳米管阵列来促进干细胞的粘附及成骨分化是解决临床内植物-宿主骨界面整合欠佳的一种策略，它将有助于解决临床内植物的松动问题，同时也将降低临床各种内植物的翻修率。为了对这一策略进行验证，本发明针对性的设计了一种制备钛纳米管阵列的装置，对在生物实验室中进行纳米形貌调控干细胞分化的医工交叉研究提供了帮助。

中国专利CN201911099070.6公开了一种与基体结合力优异的阳极氧化二氧化钛纳米管阵列制备方法。该方法通过砂纸打磨获得表面粗糙度为10-100nm的纯钛材料表面，随后在这种适当粗糙度的纯钛材料表面制备出结合力优异的二氧化钛纳米管阵列。在该制备法的电解液中含有0.25-0.75wt.％的氟化铵、1-10wt.％的水和89.5-98.75wt.％的醇溶剂。其判断终止时间为达到氧化过程中电流密度时间曲线第2阶段。该方法无法精确控制各项参数，无法达到生物实验室要求的不同批次间纳米管规格均一，易导致生物实验结果的不可信。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的缺陷，提供一种生物实验室制备钛纳米管阵列的装置，结构简单，操作易行；各项参数刻度化，可有效解决不同批次间所制备纳米管阵列均一性问题；可以很好的控制电解过程中电解液的温度波动，从而避免对纳米管制备的影响，确保均一性。

实现上述目的的技术方案是：一种生物实验室制备钛纳米管阵列的装置，包括中央电解池、外周冷却池、电解槽盖、阳极电极夹和铂片阴极；其中：

所述中央电解池和外周冷却池从内至外依次同轴设置；

所述中央电解池的侧壁上设置有500ml的定容线；

所述中央电解池内设置有电解液，所述外周冷却池内设置有冷却液；

所述电解槽盖盖合在所述中央电解池的顶端；

所述电解槽盖上开设有四个电极杆插孔，所述四个电极杆插孔位于同一直线上；

所述阳极电极夹由电极杆和设置其头端的螺旋夹持头组成；所述阳极电极夹的电极杆的末端为裸露的导电金属；

所述铂片阴极由电极杆及设置在其头端的铂片组成；所述铂片阴极的电极杆的末端为裸露的导电金属；

所述阳极电极夹的电极杆和铂片阴极的电极杆一一对应地插接在任意两个电极杆插孔内，且所述阳极电极夹的螺旋夹持头和铂片阴极的铂片分别位于所述中央电解池内。

上述的一种生物实验室制备钛纳米管阵列的装置，其中，所述中央电解池和外周冷却池分别呈圆筒形；所述电解槽盖呈圆形，所述四个电极杆插孔均位于所述电解槽盖的同一直径上。

上述的一种生物实验室制备钛纳米管阵列的装置，其中，所述中央电解池和外周冷却池分别采用玻璃材质制成；所述电解槽盖采用绝缘塑料制成。

上述的一种生物实验室制备钛纳米管阵列的装置，其中，所述阳极电极夹的电极杆和铂片阴极的电极杆上分别套有一个防滑橡胶圈。

上述的一种生物实验室制备钛纳米管阵列的装置，其中，所述阳极电极夹的电极杆和铂片阴极的电极杆上分别间隔均匀地设置有若干刻度线。

上述的一种生物实验室制备钛纳米管阵列的装置，其中，所述电解液采用氟化铵电解液；所述冷却液采用冰水混合物。

本发明的生物实验室制备钛纳米管阵列的装置，具有以下优点：

(1)该装置结构简单，操作易行，可以在生物学实验室中为那些没有材料学基础的生物学及医学研究人员提供一个稳定可控在钛金属表面制备纳米管阵列的装置，提高研究效率；

(2)该装置的各项可更改参数均进行了刻度化处理，以量化每一项变量，防止这种参数的不经意改变对纳米管阵列的影响，进一步影响后续生物实验结果，排除偶然性因素，在提高生物实验室做相关研究效率的同时提高实验结果的准确度和可靠度；

(3)传统阳极氧化法制备纳米管阵列过程中电解液会随着时间而缓慢升温，这种温度的改变可以间接影响纳米管制备的规格及质量；本装置设计的外周冷却池可以很好的控制电解过程中电解液的温度波动，从而避免对纳米管制备的影响，确保均一性。

附图说明

图1为本发明的生物实验室制备钛纳米管阵列的装置的立体结构图；

图2为本发明的生物实验室制备钛纳米管阵列的装置的剖面图；

图3为阳极电极夹的结构示意图；

图4为铂片阴极的结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的技术人员能更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对其具体实施方式进行详细地说明：

请参阅图1和图2，本发明的最佳实施例，一种生物实验室制备钛纳米管阵列的装置，包括中央电解池1、外周冷却池2、电解槽盖3、阳极电极夹4和铂片阴极5。中央电解池1和外周冷却池2从内至外依次同轴设置。中央电解池1的侧壁上设置有500ml的定容线；中央电解池1内设置有电解液，电解液采用氟化铵电解液,将2.6克氟化铵溶于50ml纯水，用乙二醇溶液定容至500ml即得到氟化铵电解液。

外周冷却池2内设置有冷却液，冷却液采用生物实验室自制的冰水混合物，以保证冷却液的温度恒定。

电解槽盖3盖合在中央电解池1的顶端；电解槽盖3上开设有四个电极杆插孔31。四个电极杆插孔31适用于不同大小钛金属试件的阳极氧化时调整位置。

中央电解池1和外周冷却池2分别呈圆筒形，外周冷却池1与中央电解池2为组合体结构，圆心相同以确保阳极氧化过程中各方向温度均得到稳定的冷却。电解槽盖3呈圆形，四个电极杆插孔31均位于电解槽盖3的同一直径上；中央电解池1和外周冷却池2分别采用玻璃材质制成；电解槽盖3采用绝缘塑料制成。

请参阅图3，阳极电极夹4由电极杆41和设置其头端的螺旋夹持头42组成；螺旋夹持头42由两片铂片组成；阳极电极夹4的电极杆41的末端为裸露的导电金属43，用于接通直流电源。电极杆41上套有一个防滑橡胶圈44。电极杆41上间隔均匀地设置有若干刻度线。刻度线用来标识阳极氧化的高度以确保不同批次间制备的钛纳米管具有相同的规格参数，避免对后续生物学实验造成影响。防滑橡胶圈44用以固定阳极氧化时钛金属试件在电解液中的位置。

请参阅图4，铂片阴极5由电极杆51及设置在其头端的铂片52组成；铂片阴极5的电极杆51的末端为裸露的导电金属53，用于接通直流电源。电极杆51上套有一个防滑橡胶圈54。电极杆51上间隔均匀地设置有若干刻度线。

阳极电极夹的电极杆41和铂片阴极的电极杆51一一对应地插接在任意两个电极杆插孔31内，且阳极电极夹的螺旋夹持头42和铂片阴极的铂片52分别位于中央电解池1内。

本实施例中，中央电解池1的直径为100mm，高度为120mm；外周冷却池2的直径为200mm，高度为140mm；电解槽盖3的直径为100mm，厚20mm；电极杆插孔31的直径为3mm；相邻的两个电极杆插孔31之间的间距为20mm。

阳极电极夹4的电极杆41的长为150mm，直径为3mm。相邻的两个刻度线之间的间距为5mm，螺旋夹持头42的每片铂片长15mm，宽10mm，厚0.1mm。

铂片阴极5的铂片52尺寸为边长20mm的正方形，厚0.1mm。电极杆51的长为150mm，直径为3mm。相邻的两个刻度线之间的间距为5mm。

本发明的生物实验室制备钛纳米管阵列的装置，在使用时，先用实验室电子秤称取2.6g氟化铵，将其溶于50ml纯水中，震荡混匀。将该液体缓慢倒入中央电解池1中，用乙二醇溶液定容至500ml刻度线，搅拌均匀。取纯钛金属试件，超声震荡洗涤15分钟，用阳极电极夹4的螺旋夹持头42夹持钛金属试件，确保铂片阴极5的铂片52接触钛金属试件。将阳极电极夹4和铂片阴极5调整至合适的电极杆插孔31位置，并调整电极杆41、51高度，用防滑橡胶圈44、54固定。将电解槽盖3盖在中央电解池1上。实验室自备冰水混合物倒入外周冷却池2中，高度以高于中央电解池1中的电解液水位为宜。将稳定直流电源的电源正极接阳极电极夹4，电源负极接铂片阴极5。检查整个装置无误后，接通稳定直流电源，调整稳定直流电源的恒压螺旋按钮，固定电压进行阳极氧化法制备纳米管阵列。观察中央电解池1中是否有气泡产生，有气泡产生即表明已经开始阳极氧化。阳极氧化固定时间后切断电源，取出钛金属试件，混匀电解液，按照上述操作进行下一个钛金属试件表面纳米管阵列的制备。这样可以为在生物实验室内研究纳米形貌调控细胞生物学功能的学者提供稳定可靠制备纳米管阵列。

综上所述，本发明的生物实验室制备钛纳米管阵列的装置，为在生物实验室内研究纳米形貌调控细胞生物学功能的学者提供稳定可靠制备纳米管阵列的装置；各项参数刻度化，可有效解决不同批次间所制备纳米管阵列均一性问题；可有效提高研究人员进行纳米形貌生物学研究效率，有助于相关医工交叉项目顺利实施。

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。