王少鹏, 李争显, 杜继红[1]2013年在《钛合金表面等离子喷涂涂层材料的研究进展》文中进行了进一步梳理介绍了钛及钛合金表面等离子喷涂涂层材料的研究进展,主要从钛合金表面等离子喷涂陶瓷材料耐磨涂层、固体润滑减摩涂层、生物活性涂层、功能涂层等几方面进行了简要的介绍。并对钛及钛合金表面等离子喷涂涂层材料的发展趋势进行了展望。
吕宇鹏[2]2001年在《纯钛表面等离子喷涂羟基磷灰石涂层的研究》文中研究指明本文利用等离子喷涂法在纯Ti 表面制作了羟基磷灰石(HA)涂层和Ti-HA阶梯式梯度涂层,通过扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(SEM)、电子探针(EPMA)、X 射线衍射仪(XRD)、红外吸收光谱(FTIR)、拉曼光谱等检测手段和价电子理论计算,研究了纯Ti 表面HA 涂层及Ti-HA 梯度涂层的表面形貌、组织结构、成分分布、力学性能和生物学行为。结果表明,在本研究条件下,随喷涂距离的增大,HA 粒子的熔化程度和扁平化程度降低;在较高喷涂功率下,涂层的非晶化程度加剧,各喷涂距离下均出现CaO, TCP 以β-TCP 的形式出现。相对于非梯度涂层,梯度涂层中分解相TCP 和TCPM 的含量较多,且XRD 峰形较完整,这是由Ti 在HA 中的扩散所引起。对HA 涂层进行(600～700℃)×2h 的热处理可使涂层获得高的结晶度,使OH-恢复到原始粉末的水平;梯度涂层结晶完整性也得到较好的恢复,未产生Ti 与HA 的反应相。在30kW 喷涂功率下,涂层-基体间的压缩剪切强度最大值为16.6MPa,热处理后可达到19.9MPa。梯度涂层的压缩剪切强度为24.9~30.6Mpa, 比非梯度涂层提高50～80%。HA-Ti 界面附近原子扩散加剧和中间层对应力的缓和作用分别是热处理涂层和梯度涂层界面结合强度提高的主要原因。HA 涂层的断裂较整齐地发生在涂层内部和涂层-基体界面等部位。热处理后的涂层和梯度涂层只发生点状剥落,断裂于表面层内部和中间层,这也反映了热处理和梯度组分分布可提高涂层-基体的结合强度。梯度涂层内Ti 与HA 变形颗粒呈交替式分布,中间层数越多,对表面应力的缓和作用越明显。基体Ti 与涂层Ti 之间可形成连续过渡的冶金结合界面;涂层中的元素也呈交替式分布,且发生了Ti, Ca 之间的相互扩散。Ti 和HA 在涂层内形成了各自的网络结构,它对裂纹扩展具有阻碍作用。喷射入水的HA 粒子形态观察发现,熔融态发生的P2O5升华和产生的H2O蒸汽导致多数粒子成为空心球,这种空心结构是入水HA 粒子大于Ti 粒子的主要原因,且会对涂层的性能产生多方面的影响。水中较低的冷却速度促进了结晶,并使Ti 促进HA 分解的作用更加明显;Ti 与HA 反应生成了Ti1.7P,而HA与Ti 的融合可在飞行过程中发生。TEM 下观察到喷涂态涂层中晶相和非晶HA 共存区、HA 和TCP 共存区、TCPM,CaO 以及HA 与Ti 的反应相CaTiO3。熔融粒子的快速冷却和HA 晶体
殷亚康[3]2015年在《钛合金表面等离子喷涂钛/羟基磷灰石复合涂层及其细胞相容性研究》文中研究指明在金属基体上制备具有生物活性的陶瓷材料,既可以满足植入体的力学性能要求,又具备植入人体后的生物活性需求,是现在应用最广泛的骨植入体替代材料。在钛合金(Ti-6Al-4V)基体上制备羟基磷灰石涂层材料,其种植体已经在临床上得到了广泛的应用,但是纯的羟基磷灰石涂层与钛合金基体的结合强度并不高,影响了其在生物材料领域的应用,本文通过使用等离子喷涂的方法在钛合金制备钛/羟基磷灰石复合涂层材料,以期提高涂层与基体之间的结合强度,并且验证其细胞相容性。使用等离子喷涂的方法在钛合金(Ti-6Al-4V)基体上制备羟基磷灰石涂层,通过对羟基磷灰石涂层的显微组织结构、孔隙率、结合强度对涂层的性能进行表征,分析等离子喷涂工艺对羟基磷灰石涂层性能的影响关系,结果显示:采用喷涂功率为40kW,在喷涂距离分别为80mm、100mm、120mm时,通过分析扁平颗粒的大小来判断粉末颗粒的融化程度,在40kW的喷涂功率下,喷涂距离从80mm增大到100mm时涂层粉末颗粒的融化程度变好,喷涂距离从100mm增大到120mm时涂层粉末颗粒的融化程度降低,扁平粒子的扁平度下降;喷涂距离100mm不变的情况下,喷涂功率从30kW提高到50kW的过程中,羟基磷灰石涂层的粉末的颗粒形态发生了明显的变化,颗粒的融化程度明显变好;羟基磷灰石涂层各试件的孔隙率在5%-10%之间,变化范围不大。当喷涂功率不变,涂层的孔隙率随喷涂距离的增大先变小后变大,当喷涂距离不变,随喷涂功率的增大涂层的孔隙率降低;喷涂功率40kW,喷涂距离100mm的参数下,HA涂层的结合强度最高,达到了15.8Mpa。选取最优的等离子喷涂工艺制备不同成分配比的钛/羟基磷灰石复合涂层,即喷涂功率40kW,喷涂距离100mm的喷涂参数,分别制备2种HA/Ti复合涂层:HA/Ti30wt%涂层(H7T3)和HA/Ti50wt%涂层(H5T5)。分析复合涂层的显微组织结构、孔隙率、复合涂层成分构成、涂层结合强度。结果表明:复合涂层中颗粒的变形度明显,融合程度较好,颗粒呈扁平状迭加在一起,其边缘有明显溅射的痕迹,粉末熔化程度较高,涂层较为致密,有少量的孔隙,涂层与基体之间、复合涂层表面均未见明显裂纹;H7T3复合涂层中钛所占的质量比重为15.81%,H5T5复合涂层中钛所占的质量分数为27.10%,说明钛粉末的沉积效率并不高,相比喷涂粉末中的质量粉末明显下降;H7T3复合涂层的孔隙率为4.2%,H5T5复合涂层的孔隙率为3.6%,两种复合涂层的孔隙率比较接近,对比羟基磷灰石涂层的孔隙率为5.1%,由于钛粉的颗粒尺寸较大导致了复合涂层的孔隙率相对较低;H5T5复合涂层的结合强度22.4MPa高于H7T3复合涂层19.6 MPa的结合强度,随着涂层中钛含量增多,使得复合涂层的结合强度增大。同一喷涂参数下的羟基磷灰石涂层的结合强度为15.8 MPa,可见钛/羟基磷灰石复合涂层的结合强度明显高于纯羟基磷灰石涂层的结合强度。细胞培养试验结果表明:根据细胞形态学变化评价,H5T5复合涂层试件组细胞形态正常,细胞毒性为无毒;使用扫描电镜观察试样上的细胞黏附情况,结果表明骨髓间充质干细胞在钛/羟基磷灰石试样表面增殖旺盛,细胞毒性为无毒,细胞黏附情况良好;CCK-8细胞毒性实验结果显示,钛/羟基磷灰石复合涂层试样组细胞相对增殖率均在85%以上,毒性分级为1级,无细胞毒性。根据细胞培养实验对复合涂层组1,4,7 d各组细胞形态变化、细胞相对增殖率、毒性分级及细胞黏附情况的结果分析,表明H5T5复合涂层具有良好的细胞相容性。
李英[4]2015年在《微纳多级结构钽复合涂层的制备及生物性能研究》文中认为目前,钛及钛合金以其优良的力学性能,低手术感染率广泛应用于颅骨修复材料。然而,由于钛及钛合金本身生物活性的缺乏,需采用表面改性,提高其骨诱导能力,并实现植入后骨性结合。研究表明,植入体的表面形貌会对骨愈合的质量与速度产生重要影响,其中,由于模拟了动植物体内的细胞生存环境,表面具有微纳米多级形貌的材料能够促进材料表面蛋白吸附,细胞粘附以及分化。因此,在材料表面构建微纳结构,成为未来植入体发展的方向之一。在金属材料中,钽被称为“亲生物金属”,具有良好的生物相容性,不溶出有害离子,并可在生理环境中保持稳定。本文分别采用阳极氧化法、碱热处理法在钽表面构建纳米和微米结构,并验证具有微纳米结构的钽表面蛋白吸附量更高。本研究针对钛及钛合金应用于颅骨修复材料存在的不足,采用等离子喷涂技术,在纯钛基体上构建了具有微纳米多级结构的纯钽涂层和复合涂层,同时具有更高蛋白吸附量与细胞活性的复合涂层,以达到提高钛基植入体生物活性的目的,解决钛基颅骨修复材料术后产生并发症的问题,并提高其成骨活性。并在此基础上总结出制备纯钽涂层的最佳工艺参数为喷涂功率30 k W,喷涂距离110 mm;在此基础上制备了不同成比例的分Ta/HA复合涂层。采用SEM、XRD接触角测试等表征手段分析纯钽涂层和复合涂层的物理化学特性,并对其生物学性能进行评价。研究结果表明,优化参数后,采用等离子喷涂技术可在钛基表面构建具有良好生物活性的微纳多级结构钽涂层和复合涂层,且覆盖土层的材料表面蛋白吸附量、生物活性均优于钛基材料;制备的复合涂层具有比纯钽涂层更好的生物相容性和矿化性能;同时,复合涂层与基底的结合力强度,是纯HA涂层的1.5倍,解决了纯钽涂层成骨能力不强和生物陶瓷涂层结合力强度低、易剥落的问题。通过优化复合涂层成分,可提高复合涂层的其理化性能和生物活性。本研究为钛基改性颅骨材料的临床应用提供实验基础和理论依据。
黄毅[5]2007年在《碱液环境中电极化处理等离子喷涂HA涂层及其性能研究》文中研究说明作为一种较为理想的硬组织修复和替换材料,等离子喷涂HA涂层在临床上已经得到了较好的应用。然而,由于特殊的热历史,等离子喷涂过程中羟基磷灰石会出现热分解、脱羟基、非晶化等现象,这都将影响HA涂层的力学及生物学性能。为了改善涂层的综合性能,因此有必要对等离子喷涂羟基磷灰石涂层进行后处理。本文综合了目前常用的等离子喷涂羟基磷灰石涂层后处理方法的作用机理,提出了一种新型的等离子喷涂羟基磷灰石涂层后处理方法——碱液环境中电极化处理法。首先,通过正交设计法优选出了一种最佳的碱液环境中电极化处理条件,然后将采用优化条件的碱液环境中电极化处理与水蒸汽处理进行对比研究,主要考察两者的理化性能、力学性能,并考察了其体内外生物学性能。理化性能测试结果表明,碱液环境中电极化处理能够提高等离子喷涂羟基磷灰石涂层的结晶度,消除涂层中的杂相,恢复涂层的结构完整性;经过碱液环境中电极化处理的涂层表面仍然保持了层状多孔结构,且表面裂纹较少;与水蒸汽处理相比,碱液环境中电极化处理后的涂层的亲水性更好,表面能更高,且在涂层表面产生了更多的负电荷;碱液环境中电极化处理后的涂层比水蒸汽处理后的涂层具有更好的体外稳定性。力学性能测试结果显示,碱液环境中电极化处理后的涂层与基体之间的结合强度虽然略微地小于水蒸汽处理,但仍然达到了ISO 13779-2:2000标准的相关要求。通过FCS浸泡、蛋白浸泡、细胞培养等手段考察了水蒸汽处理及碱液环境中电极化处理涂层的体外生物学性能。FCS浸泡实验结果表明,碱液环境中电极化处理涂层的钙磷吸附能力要优于水蒸汽处理涂层。蛋白质浸泡实验结果显示,与水蒸汽处理相比,碱液环境中电极化处理的涂层表面的蛋白质吸附能力更强。由MTT结果可得,蛋白浸泡有利于碱液环境中电极化处理涂层表面细胞的生长及增殖。荧光染色及SEM观察结果表明,蛋白浸泡使得碱液环境中电极化处理涂层表面细胞具有正常的细胞形态,且能促进细胞的粘附及生长。采用动物实验进一步考察了水蒸汽处理及碱液环境中电极化处理涂层的体内生物学性能。常规组织切片观察及推出强度结果显示,涂层植入骨内后,涂层与宿主骨之间产生新骨,并且涂层与宿主骨之间的接触量随着涂层植入骨内时间的增加而增大;涂层植入骨内1月时,碱液环境中电极化处理涂层的骨接触量和推出强度明显地大于水蒸汽处理的涂层,然而当涂层植入骨内2、3月时,碱液环境中电极化处理涂层与水蒸汽处理涂层的骨接触量和推出强度则无明显的差别。因此,与水蒸汽处理涂层相比,碱液环境中电极化处理后的涂层提高了植入体的早期稳固性。
余将明[6]2011年在《锌修饰的硅酸钙生物陶瓷涂层对MC3T3-E1细胞生物学影响的实验研究》文中研究表明研究目的用等离子喷涂的方法对钛及钛合金表面进行改性以提高植入体与骨组织整合的能力的研究是目前骨科学研究的热点之一。羟基磷灰石涂层(HA)是目前研究的热点,且已应用于临床。但由于HA的易降解性及与钛基体结合强度不高等原因导致临床长期效果欠佳。因此,目前研究的重点在于探索一种具有优越的生物活性、化学稳定性好及结合强度高的生物涂层材料。本研究制备了一种锌修饰硅酸钙生物陶瓷涂层,然后对该材料的成骨细胞相容性进行评价,并进一步检测该涂层材料对MC3T3-E1细胞粘附、增殖、分化及钙化的生物学影响。为进一步探讨其作为新型骨植入体材料在临床骨科中的应用奠定实验基础。研究方法以硝酸钙、硝酸锌及正硅酸乙酯为原料,采用溶胶-凝胶法制备锌修饰硅酸钙陶瓷粉体,根据特定参数采用大气等离子喷涂系统(APS)进行等离子喷涂获得锌修饰的硅酸钙陶瓷涂层。通过X线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)等观察制备好的原材料粉末及涂层材料并进行物相分析及观察涂层表面形貌及特征;根据细胞毒性试验评价材料的生物安全性;将MC3T3-E1细胞分别接种在叁组材料(锌修饰硅酸钙涂层、硅酸钙涂层及未涂层纯钛金属片)上进行培养4、8、12h,然后观察各组材料对细胞的粘附影响,培养24h后用扫描电镜(SEM)观察细胞的粘附及伸展情况;材料对MC3T3-E1增殖能力的影响是在细胞与各组材料共培养1、4、7、14d后采用MTT法及共聚焦显微镜进行检测;材料对MC3T3-E1细胞分化功能的影响采用酶联免疫吸附测定法(enzyme-linked immunosorbent assay;ELISA)检测ALP、COL-I及BGP的表达,并通过茜素红染色的方法观察材料对成骨细胞钙化的影响。结果1、锌修饰硅酸钙生物陶瓷材料的成份是以Ca2ZnSi2O7为主及少量的Ca2SiO4与CaSiO3的生物陶瓷,该材料的原始粉体与等离子涂层后色组成成份无明显改变;SEM观察该涂层表面较粗糙,凹凸不平,颗粒大小约60-120um;ICP结果显示该材料能释放钙离子(96.60±6.37ppm)、硅离子(39.03±6.29ppm)及锌离子(9.05±0.79ppm),并具有比硅酸钙涂层更好的化学稳定性;细胞毒性实验显示锌修饰的硅酸钙陶瓷涂层材料无毒性,生物相容性好。2、锌修饰硅酸钙涂层材料具有比硅酸钙涂层及未涂层纯钛金属片更好的粘附(P<0.05)及支持细胞伸展的能力;能明显促进MC3T3-E1细胞的早期粘附、增殖以及晚期增殖的作用(P<0.05);MC3T3-E1细胞在锌修饰硅酸钙涂层材料上的增值率及粘附率高于硅酸钙涂层材料,说明锌离子的存在更有利于细胞的粘附与增殖,具有更好的细胞相容性。3、锌修饰硅酸钙陶瓷涂层材料能促进、增强碱性磷酸酶(ALP)的活性(P<0.05)及I型胶原(COL-I)、骨钙素(BGP)早期与晚期合成(P<0.05);能促进成骨细胞的早期钙化;具有比硅酸钙涂层更好的分化及钙化能力。结论锌修饰硅酸钙陶瓷涂层细胞相容性好,具有促进MC3T3-E1细胞的粘附、增殖、分化及钙化的能力。该涂层材料具有作为新型理想植入体材料的潜力,在临床骨科中的应用具有广阔的前景。
尤莹[7]2018年在《多孔钛表面聚多巴胺粘附羟基磷灰石的复合涂层制备及对细胞粘附和增殖的研究》文中研究指明目的:研究金属纯钛材料表面经过碱热处理后形成的微观多孔网状结构在聚多巴胺的粘附作用下粘附羟基磷灰石所形成的复合涂层,及该复合涂层对大鼠骨髓间充质干细胞增殖、成骨分化能力的影响。评价碱热处理后多孔钛表面聚多巴胺粘附羟基磷灰石复合涂层作为种植体表面改性方法的作用。方法:通过多巴胺的自聚合作用在碱热处理后的金属纯钛材料表面形成的多孔网状结构表面构建聚多巴胺(PDA)膜层,利用聚多巴胺的粘附性能将纳米级羟基磷灰石颗粒粘附至多孔钛表面,形成多孔钛表面聚多巴胺粘附羟基磷灰石的复合涂层,通过扫描电子显微镜(SEM)分析表面结构特征。分离培养SD大鼠BMSCs,采用扫描电镜观察细胞粘附情况,并利用cck8、alp等检测其增殖、分化能力。结果:该改性方法成功在多孔钛表面形成聚多巴胺复合涂层。体外细胞实验表明该复合涂层对BMSCs生长无抑制作用,且对其粘附和早期增殖有明显促进作用。结论:碱热处理后多孔钛表面形成的聚多巴胺生物活性复合涂层对BMSCs的粘附和早期增殖有明显的促进作用。
冯唯[8]2014年在《钛表面生物活性分级多孔涂层制备及磷灰石诱导性能研究》文中进行了进一步梳理本文采用喷砂处理，强酸腐蚀和阳极氧化复合方法在纯钛表面制备了分级多孔结构，采用后续热处理及水热处理方法，制备出具有较高生物活性的分级多孔涂层。使用扫描显微镜(SEM)、激光共聚焦显微镜(CLMS)、X射线能量分光分散计(EDS)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子谱(XPS)以及接触角测定仪、比表面积及孔隙度测定仪和电化学工作站表征不同方法处理后涂层的组织结构以及物理化学特性。通过在SBF中对试样进行仿生沉积，并使用SEM，EDS，XRD以及傅里叶变换红外光谱(FT-IR)测定分析磷灰石沉积层以评价试样的体外生物活性。通过在钛表面喷砂处理构造不规则粗糙表面，喷砂试样(SAN)平均粗糙度显着高于仅经砂纸打磨的钛。经工艺探索确定在60°C以49%wt浓硫酸酸蚀喷砂试样1h可以得到理想微米级窝洞结构。喷砂酸蚀钛(SLA)平均粗糙度较喷砂钛表面有所提高。在喷砂酸蚀形成的钛表面微米级窝洞结构的基础上，通过阳极氧化工艺制备纳米结构。探索了不同氧化时间，不同电解液浓度和不同氧化电压对纳米管形成的影响，确定了构建纳米管结构的工艺为在10g/L的NH4F甘油-水溶液中以20V电压氧化1h。经喷砂酸蚀阳极氧化后试样(ANO)表面的物相主要为非晶态钛氧化物。微纳米分级结构涂层的平均粗糙度略低于喷砂酸蚀处理试样。比表面积较喷砂酸蚀处理试样显着提高。热处理之后试样(THER)的微纳米复合结构涂层的形貌基本不发生变化，无定形氧化钛转变成锐钛矿，涂层经EDS及XPS分析主要元素为Ti、O。再经过水热处理之后试样(HYDR)表面纳米管发生转变，形成不规则排列的纳米棒，纳米棒的主要物相仍为锐钛矿，之间产生少量透钙磷石相，经EDS及XPS分析主要为Ti、O，含少量Ca、P元素。阳极氧化之前，钛喷砂(SAN)、喷砂酸蚀(SLA)及酸蚀(ACT)表面接触角同粗糙度呈相反趋势，喷砂酸蚀-阳极氧化后因材料表面纳米化，比表面积大大提高，涂层接触角小于10°为超亲水性。经热处理后接触角进一步降低，而水热处理后纳米管转变为纳米棒使得接触角有所升高。喷砂酸蚀-阳极氧化钛的耐腐蚀性因生成非晶钛氧化物相而显着降低，经过热处理晶化后耐腐蚀性提高。模拟体液浸泡后的试样经SEM和XRD证实，SLA和ANO试样表面完全保持浸泡前形貌和物相不变，可推测喷砂酸蚀及喷砂酸蚀阳极氧化钛均无磷灰石诱导能力。THER试样在浸泡3天后出现少量磷灰石微球沉积，7天后磷灰石数目增多。14天后磷灰石已经完全覆盖试样表面。HYDR试样3天后表面完全覆盖球型磷灰石沉积，且随浸泡时间延长磷灰石层不断增厚。经过水热处理的微纳米复合结构涂层比未经水热处理的微纳米结构涂层具有更高的生物活性。综上，微纳米分级结构涂层具有较大的粗糙度，比表面积和亲水性，而经过热处理及水热处理的的微纳米分级结构涂层的生物活性得到显着提高。
徐艳丽[9]2007年在《羟基磷灰石/胶原复合涂层的共沉积制备、表征及孔状结构的形成机理研究》文中提出羟基磷灰石(HA)化学式为Ca_(10)(PO_4)_6(OH)_2是人体硬组织的主要无机成分,具有良好的生物相容性和生物活性,临床植入后能在短时间内与人体组织形成骨性结合。胶原是结缔组织的主要成份,存在于细胞外间质内,有良好的生物相容性和完全的生物降解性,且免疫抗原性很低,具有保护、支持人体组织及增强骨骼张力强度等特性,表现出特别的生物力学性质。自然人骨是由纳米HA和胶原蛋白有序组装而成的一种无机/有机高分子复合物,骨中HA晶粒直径约20nm,长约60nm,HA的c轴是沿着胶原蛋白的叁维螺旋轴方向生长,具有特定的纳-微米二级结构。目前,关于羟基磷灰石与胶原复合材料的制备已有不少研究,主要采用共沉积法、生物仿生法等,但尚不能满足负重部位应用的临床要求。本论文从仿生学的角度出发,制备具有类似自然骨的成分和结构的复合涂层,综合利用HA涂层的生物性能和钛的机械性能,以期获得具有优异力学性能和生物性能的骨替代材料。本论文在低浓度体系下采用电化学恒电流共沉积技术,在纯钛表面沉积制备羟基磷灰石/胶原复合涂层和羟基磷灰石/壳聚糖复合涂层,通过改变影响形成多孔状结构的几种因素,对多孔状结构的形成机理进行探讨,并提出“气泡模板”概念。主要研究结果如下:1.控制电解液钙磷物种浓度为10~(-4)mol/L,Ca/P为1.67,并添加少量胶原蛋白(0.1~0.3mg/mL),pH值主要范围为6.0~6.3,在医用纯钛表面电沉积制备HA/胶原复合涂层,运用SEM、AFM、XRD、FTIR及XPS等方法对涂层的表面形貌、晶体结构、组分构成等理化性质进行了一系列的表征并对涂层的力学性能和生物学性能进行表征。SEM和AFM结果表明:复合涂层呈特定的纳-微米二级多孔结构,从断截面电镜照片可看到孔状结构之间是完全贯通的;XRD图谱显示添加胶原可使HA在电极表面的择优生长受到抑制;FTIR谱图研究表明,复合膜层中出现胶原蛋白特征峰酰胺Ⅰ带和酰胺Ⅱ带,酰胺Ⅰ带和酰胺Ⅱ带发生了一定程度的位移,表明涂层中HA与胶原蛋白在一定程度上发生化学键合;XPS谱图显示,涂层表面碳元素和氮元素的原子含量明显增大,涂层内部也有这两种元素的的存在。采用体外细胞的培养实验和扫描电镜观察种植于不同材料表面的细胞贴壁及生长形态,发现细胞与电化学共沉积的HA/胶原复合涂层的表面接触良好,细胞培养12h即有伪足长出,伪足有向材料内部生长的趋势,表明胶原蛋白的掺杂增加了涂层的生物相容性。MTT实验发现,细胞培养叁天,掺杂有胶原的涂层的细胞增值情况最好,也进一步说明复合涂层具有良好的生物相容性。此外,HA/胶原蛋白的复合还有利于生物材料膜层力学性能的改善,粘结拉伸实验表明,胶原的掺杂使涂层与基地材料和涂层内部的结合力增大了一倍,通过观察拉伸过程力与时间的关系,发现复合涂层具有一定的韧性。通过本实验使涂层具有类似于自然骨的结构和成分,获得力学性能和生物性能得到一定改善的HA/胶原复合涂层。2.从电沉积的基底材料、电沉积液的黏度和温度及沉积时间等方面研究低浓度条件下影响形成多孔状结构的原因,提出了“气泡模板”概念,合理的解释了纳微米二级结构的形成机理。胶原蛋白、牛血清白蛋白和壳聚糖的加入使电沉积液的黏度增大,黏度增大后,可以在电极表面获得稳定生成的气泡,从而为孔状结构的形成提供了“模板”;同样,电极表面的粗糙度也对气泡的形成有较大的影响,表面非常平整的溅射有金膜的硅片很容易得到多孔状的结构,锗晶表面也可得到典型的多孔结构,而粗糙度最大的钛板表面较难得到该结构,说明电极表面的粗糙度对气泡的稳定形成也至关重要;低浓度体系下,温度对这种结构的形成亦非常关键。3.初步探索了通过在电沉积液中添加少量壳聚糖制备HA/壳聚糖复合涂层,并对涂层的相关性质进行了表征,结果表明:复合涂层的主要成分是具有钙离子缺陷的羟基磷灰石涂层,表面形貌与HA/胶原复合涂层相似呈纳-微米二级结构,壳聚糖的添加对涂层力学性能的进一步改善起到一定作用。
胡江[10]2011年在《激光快速成形制备钛表面HA涂层及其成骨相关性能研究》文中进行了进一步梳理纯钛等金属材料具有良好的机械性能和生物相容性,但其不具有生物活性,无法与植入区骨组织形成化学结合,其固位只能依靠机械嵌合;以羟基磷灰石为代表的磷酸钙陶瓷具有较好的生物活性,能够与植入区骨组织形成稳定的化学结合,然而其机械性能差,无法承受生理载荷。表面涂层技术可以将二者的优势结合在一起,目前在纯钛等金属表面制备磷酸钙涂层的技术较多,然而均存在结合强度低、物相活性差等问题。激光熔覆技术能够使涂层与基材之间发生冶金结合,提高涂层的结合强度,但是其涂层内部物相的生物活性及稳定性较差。本课题将激光快速成形技术应用于纯钛表面磷酸钙生物活性陶瓷涂层的制备研究,以CaHPO_4·2H_2O和CaCO_3混合粉末为原料,探讨了原料粉末钙磷比、激光功率、扫描速度和热处理条件对涂层生成物相的影响规律;在优化的工艺条件下,在纯钛表面制备出了HA涂层;并对该涂层材料的机械、理化和生物学性能进行了评价,探索出了一种纯钛表面HA涂层制备的新方法,为HA涂层材料的进一步制备研究及应用奠定实验基础。研究方法:1.通过分组设计,进行涂层的成形制备,利用X射线衍射和能谱分析技术,分析原料粉末钙磷比值、激光功率、扫描速度和热处理条件对涂层内部物相的影响规律。2.在优化的条件下制备出纯钛表面HA涂层,利用X射线衍射、能谱分析、扫描电镜等技术及力学实验对其微观组织结构、元素分布、物相组成和机械性能进行表征。3.采用静态浸泡实验方法,以经表面处理后的纯钛为对照组,对涂层材料在模拟体液中的溶解和沉积行为进行研究。4.采用成骨细胞与材料共培养技术和动物骨内植入实验,研究涂层材料与成骨相关的生物学性能。研究结果1. CaHPO_4·2H_2O和CaCO_3混合原料粉末的钙磷比对激光快速成形技术制备的涂层物相具有显着的影响,其中钙磷比为2.0时可以在纯钛表面生成含HA、α-TCP和TTCP生物活性物相的涂层。2.在激光的低功率区,即450 w～550 w的范围内,涂层中的HA成分分解较少,同时所含的生物活性物相保持了较高的水平;而激光的扫描速度对涂层生成物相无显着性影响。3.获得了制备磷酸钙涂层的优化工艺参数,即原料粉末钙磷比为2.0、激光功率450 w、扫描速度200 mm/min、搭接率35 %、送粉速率2.0 g/min、光斑直径3.0 mm;在上述优化参数下,在纯钛表面制备出了含HA、α-TCP和TTCP生物活性物相的涂层;该涂层的微观表面凹凸不平,内部含有微孔,涂层与基材之间形成了冶金结合;从基材到涂层表面存在渗P的基材层(Ti_3P层)、CaTiO_3层和陶瓷层等叁层结构;其中,Ti_3P层硬度最高,达到了1263.0±35.3 HV_(0.1),而陶瓷层硬度最低,达到了482.2±20.3HV0.1。4.随着涂层热处理条件的不同,涂层内部的物相也发生变化,当热处理温度为800℃、保温时间6 h时,涂层内部的物相全部转变为HA;热处理后,涂层与基材之间的结合强度达到了24.50±0.72 MPa。5. HA/Ti涂层在模拟体液中会释放出一定量的Ca、P离子,但对模拟体液的pH值没有显着影响,同时可以诱导HA颗粒在涂层的表面发生沉积。6. HA/Ti涂层能够促进成骨细胞的早期黏附、增殖和ALP活性,成骨细胞在涂层表面呈立体、多向性伸展。7. HA/Ti涂层能够促进植入区的骨再生和骨改建,并能够与再生骨形成紧密的结合。结论在优化的工艺条件下,激光快速成形技术结合热处理技术可以在纯钛表面制备出HA涂层,该涂层与基材间形成了良好的结合,并具有较好的生物活性,能够促进成骨细胞的早期黏附和增殖,进而促进了骨组织的早期形成和改建,而且能与再生骨组织形成紧密的骨结合。
参考文献：
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[9]. 羟基磷灰石/胶原复合涂层的共沉积制备、表征及孔状结构的形成机理研究[D]. 徐艳丽. 厦门大学. 2007
[10]. 激光快速成形制备钛表面HA涂层及其成骨相关性能研究[D]. 胡江. 第四军医大学. 2011
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