张爱琴[1]2010年在《超声辅助微弧氧化镁与钛基新型生物涂层的制备与性能研究》文中认为为改善镁合金耐蚀性差、钛合金生物活性差及骨修复速度慢等问题,本文采用超声波辅助微弧氧化新工艺,根据人体骨中所必需元素含量安全值,在含钙、磷元素的基础电解液体系中分别加入适当AgNO3、La(NO3)3、NaF及Na2SiO3作为添加剂,对镁与钛合金表面进行生物改性处理,制备耐磨、耐蚀与抗菌性能的镁基、钛基骨修复多孔新型生物活性涂层材料。采用SEM、AFM、EDAX、XRD、HRTEM技术分析涂层微观形貌及组织结构,研究超声辅助微弧氧化涂层形成机制,测定涂层厚度、表面孔隙率、结合强度、抗菌性能和在人体模拟体液中的摩擦磨损及耐蚀性能。结果表明:超声辅助微弧氧化技术制备的生物涂层由致密层与表面多孔层组成,超声波的引入提高了微弧氧化生物涂层的阳离子沉积量、厚度分布的均匀性及结合强度;涂层形成机制为初期朝基体内部生长,后逐渐朝基体外部生长,元素进入涂层机制主要为扩散和电泳;AgNO3、La(NO3)3、NaF及Na2SiO3添加剂的加入,增加了涂层表面元素沉积量及种类、涂层厚度与孔隙率。镁基与钛基新型生物涂层厚度分别约为16μm ~30μm、76μm~90μm,孔隙率分别约为26%、23%,分别主要由叁维岛状结构的10nm~67nm粒径的纳米级方镁石型MgO、2.5nm~15nm粒径的纳米级锐钛矿型及金红石型TiO2晶态微粒组成,其中镁基载银生物涂层中还具有抗菌作用的Ag2O、生物活性的Ca9MgNa(PO4)7晶体产生,钛基载银生物涂层中也具有抗菌作用的Ag2O晶体产生,表明该类涂层具有优异的生物活性和抗菌性。与单一钙、磷生物涂层相比,添加剂含量变化时,由拉伸实验得出镁基载氟涂层结合强度提高了3.47MPa～10.00MPa,钛基载银、载镧与载硅涂层分别提高了1.97MPa～16.49MPa、2.93MPa～14.00MPa与6.71MPa～8.92MPa,体现基体与涂层具有较好的结合强度;由摩擦磨损实验得出镁基载银、载氟与载硅涂层在人体模拟体液(SBF)中的摩擦系数分别降低了0.18~0.32、0.17~0.35与0.19~0.31,钛基载银、载镧与载硅涂层分别降低了0.16~0.48、0.41~0.52及0.13~0.48,材料体现优异的抗磨损性能,其在SBF中的摩擦磨损机理主要为磨粒磨损和粘着磨损;由电化学腐蚀实验得出镁基载银、载氟与载硅涂层在SBF中的自腐蚀电位分别提高了11mV～102mV、95mV～170mV与18mV～138mV,自腐蚀电流降低约一～两个数量级,钛基载银、载镧与载硅涂层的自腐蚀电位分别提高了15mV～47mV、94mV～163mV与57mV～136mV,自腐蚀电流降低约一～两个数量级,材料体现优异的耐蚀性能,其在人体SBF中的腐蚀机制为点腐蚀;镁基载银、载氟及钛基载银、载镧涂层抗菌率分别为90%~96%、61%~ 76%、61%~92%及50%~68%,表明此类材料在骨组织愈合过程中具有消炎杀菌作用。
张其翼[2]2003年在《钛基表面钙磷涂层的制备和生物活性研究》文中研究表明各种原因所致的骨缺损在临床上十分常见，骨缺损治疗尤其是大范围和负重骨缺损修复，一直是临床上亟待解决的难题。目前，骨缺损修复方法包括：自体、同种异体。异种骨移植以及各种骨替代材料应用；自体骨移植势必造成供区损伤，而且难以获得与缺损骨形态完全一致的供体；同种异体或异种骨移植存在免疫排斥及潜在传染疾病的可能，经过去除有机质或脱钙处理的骨，机械性能差，不能满足临床应用要求；虽然，应用组织工程化人工骨进行骨缺损修复的研究已经取得了一些进展，有可能在不远的将来应用于临床，但目前，组织工程化人工骨的应用尚不现实。所以，各种骨替代材料的应用仍是目前骨缺损修复的最主要手段。 理想的骨替换材料应满足组成、结构、外形的仿真，功能的恢复和生物力学相容性等条件。而到目前为止，所有的骨替换材料(包括陶瓷、高分子、金属及复合材料)都各有其优缺点。以羟基磷灰石为代表的磷酸钙类生物陶瓷材料与自然骨的无机成分类似，不仅生物相容性好，而且容易成形，可达到形态的精确匹配，并具有良好的骨传导性。特别是，自上世纪80年代末期，不外加生长因子的磷酸钙陶瓷可以在软组织中诱导骨生成以来，磷酸钙陶瓷的骨诱导性已被许多学者证实并在国际上得到广泛接受。目前，磷酸钙陶瓷材料骨诱导性已成为生物材料研究的一大热点。但它的缺点是不兼备生物力学相容性。虽然它已被广泛用于骨缺损的修复或替代，但因其韧性低，在生理环境中抗疲劳性差，易碎裂而仅限于非负重骨的骨缺损修复。当它们用于负重骨的修复时，往往会因为机械强度差可致植入失败。另一方面，钛已经被广泛地应用于临床作为骨修复材料，大量研究表明钦具有良好的生物相容性。金属钦植于骨内后可实现骨融合式愈合;与其他金属材料相比，它的弹性模量更接近骨，有利于骨界面力的传导;具有足够的强度和韧性，能够承受人体的机械作用力。但是却缺乏骨诱导能力。 因此，充分利用磷酸钙陶瓷和金属钦各自的优点制作的覆盖磷酸钙陶瓷涂层的钦及钦合金被用作骨替换材料具有广泛的前景。为使植入体兼具生物活性和生物力学性能，一方面通过对其所用基底钦进行合理的几何构型设计使其与人体骨缺损处匹配，最大限度的减少应力屏蔽，实现生物力学相容性;同时多孔结构有利于组织长入，对细胞的粘附、增殖和分化，以及形貌和基因表达都有着不同的影响，再通过对其表面赋予磷酸钙陶瓷涂层可提高其生物活性，促进植入体和骨组织的牢固结合。 涂层材料是生物医学材料的一类，尤其是钦及钦合金表面喷涂轻基磷灰石涂层已在临床有着广泛的应用。本文系统地研究了不同后处理的等离子喷涂涂层在体外的溶解特性、生物矿化能力，研究表明等离子喷涂涂层经不同气氛和温度的处理，得到不同组成和结晶度的涂层，处理过程中温度对提高结晶度至关重要，而水汽有利于晶粒的长大。将涂层浸泡于SBF、Tris一HCI溶液中，钙离子的溶解以表面粒子交换为主，因而与晶粒大小密切相关;磷酸根离子的溶解则主要与晶粒结构，晶粒的溶解度以及溶液活度积与溶度积之比相关。当溶液中的离子浓度足够时，矿化发生，表面生成类骨磷灰石层。类骨磷灰石的形貌与涂层的溶解性有关，溶解度大的涂层，形成的成核位点较多，晶体生长受限，形成网状结构;而溶解度小的涂层，形成的成核位点较少，晶体生长较充分，形成大颗粒的表面结构。在更接近体液环境的动态条件下，对形成类骨磷灰石的能力以及形成类骨磷灰石的形貌差异进行了研究。结果表明，体外涂层表面类骨磷灰石的生长方式和微结构随浸泡条件的不同而不同，静态时，晶体生长没有择优取向，且所选的两种涂层所形成的类骨磷灰石在形貌上的差异不是特别大;然而在动态时，由于溶液的不断更新而使界面离子浓度稳定维持在一较低水平，故晶体生长表现出的择优取向，而呈现出不同的生长方式和显着的形貌差异。动态浸泡方式模拟了人体的体液的交换流量，因而显示的结果更接近于体内的情况。通过设计体外浸泡模型以考察等离子喷涂涂层在多孔环境下的生物学活性。研究表明在多孔的条件下更容易形成类骨磷灰石，在数量和形貌_!:都与1卜多孔条件卜存在旅异，多孔条件更有利与类骨磷灰石的形成。 墓于此，;乍结合多孔磷酸钙陶瓷在生物活性方面的优良性能所提供的模板作用，本文将作为骨林换材料的钦通过几何构型的设计而达到剪裁其力学性能和l生物学性能的作用，从而可以史好的满足对植入体生物学和力‘笋卜}:能匹配的要求。首次采用钦粉发泡烧结的方法制备了具有优良孔结构的多孔钦，L亥法川-通过工艺控制实现对孔隙率和孔径分布的控制，从而实现对植入体力学性能和多孔结构的控制。为了提高材料的生物学性能，采用多种涂层技术在多孔钦表面制备磷灰石涂层，基于所用钦基底的多孔特征，采用的涂层方法均为在液相中进行，使得即使在具有异形多孔结构的材料_}几也能实现均匀涂覆。 溶胶一凝胶法采用湿化学方法制备膜和涂层的有效方法。其优点在一于可很好地控制涂层的化学组成，得?
代爱梅[3]2016年在《纳米羟基磷灰石涂层的制备、微分析及生物活性研究》文中指出羟基磷灰石(Hydroxyapatite,简称为HA)不仅具有理想的生物活性、相容性及骨传导性,而且有着非常丰富的表面特性及较强的吸附、交换物质的能力,已广泛应用于组织工程、药物载体、传感器、催化剂、光电材料、化学工程和环境工程等诸多领域,其中,利用羟基磷灰石涂层对医用惰性金属材料(如钛、不锈钢、钛合金等)表面进行修饰改性一直是生物医用金属材料学研究领域的重要课题。本论文以医用钛金属为基底,采用溶胶‐凝胶法在钛基底上制备了纳米羟基磷灰石及其复合涂层,利用表面微分析技术,一方面探究了不同制备条件、基底活化处理、干燥方式等对涂层组成、微结构、形貌及性能的影响,另一方面对涂层材料进行了模拟体液浸泡实验,从涂层表面微结构的变化考察了涂层的降解、沉积等生物学性能,同时利用细胞毒性试验评价了涂层的生物安全性。全文共分为以下五个部分。第一章:绪论。本章在介绍羟基磷灰石结构及理化性质的基础上,综述了纳米羟基磷灰石涂层的制备方法、研究现状及应用进展,并对目前该领域存在的一些问题和难点进行了阐述,同时对其发展及应用前景进行了展望。第二章:溶胶-凝胶法制备纳米羟基磷灰石及其微分析。本章采用溶胶-凝胶法(Sol-gel)合成了纳米羟基磷灰石粉体,较为系统地分析了该方法的实验制备条件:pH值、水浴温度、陈化时间、退火温度等对羟基磷灰石物相和微结构的影响,并对其形成机理进行了初步探讨,从而为下一步制备n-HA涂层奠定了基础。第叁章:钛基n-HA涂层的制备及其微分析。在制备n-HA粉体的基础上,本章以金属钛为基底,采用匀胶旋涂法制备了钛基纳米羟基磷灰石涂层,分别考察了钛片预处理方式和涂层干燥方法对涂层微结构的影响,确定了本实验条件下制备均匀、致密、龟裂少的n-HA涂层的适宜工艺条件。第四章:钛基n-HA/SiO_2复合涂层的制备及其微分析。本章制备了二氧化硅粉体,通过湿机械搅拌法直接将制备的SiO_2溶胶同HA溶胶混合均匀后,在钛基底上制备n-HA/SiO_2复合涂层,对SiO_2及复合涂层进行了物相及微结构分析,讨论了加入SiO_2对n-HA涂层造成的影响。第五章:n-HA、n-HA/SiO_2涂层的生物活性研究及毒性评价。对制备的n-HA、n-HA/SiO_2涂层材料进行模拟体液浸泡实验及MTT试验,分别从涂层的微结构变化和细胞的存活率角度初步评价了涂层材料的生物活性和生物安全性。
王兵[4]2013年在《阴极弧沉积二氧化钛掺硅涂层对成骨细胞生物活性影响的实验研究》文中研究表明第一部分钛基关节假体阴极弧沉积二氧化钛掺硅涂层的制备及表征目的：利用过滤阴极弧沉积技术制备的涂层具有结合力强的特性，采用该方法在钛基假体表面沉积含有硅元素的二氧化钛涂层及不含硅的单纯二氧化钛涂层，制备二氧化钛掺硅涂层及二氧化钛涂层，并检测其表征。方法：将硅片和钛片作为阴极等离子源，共沉积于钛基关节假体表面，制备含有硅元素的二氧化钛涂层，将该涂层与以双钛片为阴极源沉积的纯二氧化钛涂层进行对照研究。以扫描电镜观察两种涂层的表面形貌，X射线光电子能谱仪测定两组涂层的元素组成，X射线衍射仪测定两组涂层的相组成，自动化接触角测量仪测量两组涂层表面的水接触角、对两组涂层的可湿性进行分析，并检测两组涂层的表面能。结果：X射线光电子能谱分析显示，阴极弧沉积二氧化钛掺硅涂层中含有4.6%的硅元素；X射线衍射结果显示这两种涂层可能是无定形态，钛基质峰显示清晰；扫描电镜结果显示已掺入的硅元素未显着改变涂层的表面形貌。二氧化钛掺硅涂层及二氧化钛涂层接触角分别为83±0.74°、94±0.78°，二氧化钛掺硅涂层的亲水性改善。二氧化钛涂层的表面能明显低于二氧化钛掺硅涂层组。结论：掺硅未明显改变过滤阴极弧沉积二氧化钛掺硅涂层的表面形貌，但涂层的化学组成发生改变，改善了涂层的亲水性，增加了涂层的表面能；结合力强的阴极弧沉积二氧化钛掺硅涂层若具有良好的细胞生物活性，将为未来植入物表面改性提供新的选择，该新型植入物涂层值得进一步研究。第二部分钛基关节假体阴极弧沉积二氧化钛掺硅涂层对成骨细胞粘附活性的影响目的：研究阴极弧沉积二氧化钛掺硅涂层对成骨细胞MG63粘附活性的影响。方法：以二氧化钛掺硅涂层作为实验组，单纯二氧化钛涂层作为对照组，以相同的密度在两组涂层表面分别种植MG63细胞。采用细胞计数CCK8法分别在1、4、12、24小时检测粘附于两组涂层表面的细胞数目；扫描电镜于第4、12、24小时观察成骨细胞在两组材料表面的铺展情况；培养2、12小时，进行细胞肌动蛋白张力纤维、细胞核两重荧光染色，培养12、24小时，进行粘着斑蛋白、肌动蛋白张力纤维、细胞核叁重荧光染色，观察两组涂层表面细胞局部粘着斑及细胞骨架的分布形态。结果：MG63细胞在两组涂层表面培养1、4小时，CCK8检测结果显示粘附在两组涂层表面的细胞数未见显着差异(P>0.05)；当培养时间延长至12、24小时，CCK8检测结果显示粘附于二氧化钛掺硅涂层表面的细胞数量较二氧化钛涂层表面的细胞数量显着增多(P <0.05)；培养2小时，两组涂层表面细胞肌动蛋白张力纤维荧光染色形态相似，当培养时间延长到12、24小时，Si-TiO2涂层表面MG63细胞肌动蛋白和粘着斑蛋白的分布、表达较二氧化钛涂层组增强；培养4小时，电镜观察两组涂层表面细胞形态未见差别；培养12小时，MG63细胞在二氧化钛掺硅涂层表面伪足生长较二氧化钛涂层表面细胞伪足更长、更密；培养24小时，二氧化钛掺硅涂层表面细胞覆盖面积较二氧化钛掺硅涂层表面细胞覆盖面积显着增加(P <0.05)。结论：在阴极弧沉积二氧化钛掺硅涂层表面培养的MG63细胞肌动蛋白张力纤维和粘着斑蛋白明显增强，这促进了细胞骨架重构及局部焦点粘附的形成，钛基关节假体阴极弧沉积二氧化钛掺硅涂层可以有效促进成骨细胞MG63的粘附。第叁部分钛基关节假体阴极弧沉积二氧化钛掺硅涂层对成骨细胞增殖、凋亡的影响目的：研究阴极弧沉积二氧化钛掺硅涂层对成骨细胞MG63增殖、凋亡的影响。方法：以二氧化钛掺硅涂层作为实验组，单纯二氧化钛涂层作为对照组，分别以相同的密度种植MG63细胞进行培养。细胞培养1、5天后，使用场发射电镜分别观察两组涂层表面细胞的生长情况；流式细胞仪分析细胞在两组涂层表面生长1、5天后的细胞存活和凋亡百分比。培养1、3、5天，采用细胞计数CCK8法分别检测两组涂层表面MG63细胞增殖数量。结果：电镜观察结果表明，培养1、5天，二氧化钛掺硅涂层表面细胞增殖数量较单纯二氧化钛涂层明显增多。流式细胞术分析结果显示：培养1、5天，在两组涂层表面培养的MG63细胞存活和凋亡比例未见明显差异(P>0.05)。CCK8检测结果表明，细胞培养1、3、5天，二氧化钛掺硅涂层表面MG63细胞增殖数显着多于单纯二氧化钛涂层表面细胞增殖数(P <0.05)。结论：阴极弧沉积二氧化钛掺硅涂层表面培养的成骨细胞MG63增殖数目较二氧化钛涂层表面细胞数目明显增多，显示二氧化钛掺硅涂层能够有效促进细胞在其表面增殖，而二氧化钛掺硅涂层与单纯二氧化钛涂层对于在其表面培养的成骨细胞MG63的凋亡未见明显差异，表明阴极弧沉积二氧化钛掺硅涂层是一种细胞生物活性良好的涂层材料。第四部分钛基关节假体阴极弧沉积二氧化钛掺硅涂层对成骨细胞分化活性的影响目的：研究阴极弧沉积二氧化钛掺硅涂层对成骨细胞MG63分化活力的影响。方法：以二氧化钛掺硅涂层作为实验组，单纯二氧化钛涂层作为对照组，表面种植相同密度的MG63细胞进行培养。分别于第1、3、5天叁个时间点收集标本，检测两组涂层表面MG63细胞碱性磷酸酶活性。MG63细胞在两组涂层表面分别培养3、5天，收集标本进行细胞I型胶原荧光染色，荧光显微镜观察两组涂层表面成骨细胞MG63的分化标志物I型胶原的表达。细胞在两组涂层表面培养1、3、5天叁个时间点收集标本，采用实时定量RT-PCR法检测两组涂层表面MG63细胞I型胶原及骨钙素的基因表达；采用Western blot法检测两组涂层表面MG63细胞I型胶原的蛋白表达。结果：检测结果显示两组涂层表面MG63细胞碱性磷酸酶活性随培养时间的增加均逐渐增高。在培养1天时，两组涂层表面细胞碱性磷酸酶活性无明显差异(P>0.05)，但在培养时间延长至第3、5天时二氧化钛掺硅涂层表面细胞的碱性磷酸酶活性明显高于单纯二氧化钛涂层组(P <0.05)。荧光显微镜观察，在两组涂层表面细胞培养至第3、5天时I型胶原染色结果显示，二氧化钛掺硅涂层表面MG63细胞I型胶原表达丰富，分布广泛，而单纯二氧化钛涂层表面MG63细胞I型胶原表达量少且稀疏。实时定量RT-PCR检测结果显示，二氧化钛掺硅涂层表面MG63细胞I型胶原及骨钙素基因表达在培养第1天时与对照组无明显差异(P>0.05)，但在培养第3、5天时二氧化钛掺硅涂层表面MG63细胞I型胶原及骨钙素基因表达明显高于单纯二氧化钛涂层组(P <0.05)；Western blot检测结果显示两组涂层表面MG63细胞I型胶原蛋白表达在培养第1天时，两组之间无明显差异(P>0.05)，但培养至第3、5天时，二氧化钛掺硅涂层表面MG63细胞I型胶原蛋白表达量明显较单纯二氧化钛涂层组增高(P <0.05)。结论：与阴极弧沉积二氧化钛涂层相比，二氧化钛掺硅涂层通过增加碱性磷酸酶活性，上调骨钙素基因、Ⅰ型胶原纤维基因和蛋白表达促进MG63细胞分化，表明阴极弧沉积二氧化钛掺硅涂层是一种生物活性良好的涂层材料。第五部分钛基关节假体阴极弧沉积二氧化钛掺硅涂层促进成骨细胞粘附活性的信号转导通道目的：研究阴极弧沉积二氧化钛掺硅涂层对成骨细胞MG63粘附活性影响的可能信号转导通道。方法：以二氧化钛掺硅涂层作为实验组，单纯二氧化钛涂层作为对照组，表面种植相同密度的MG63细胞进行培养。分别于细胞培养后第1、4、12、24小时四个时间点收集标本，采用实时定量RT-PCR法检测两组涂层表面MG63细胞整合素β1、粘着斑激酶基因表达；细胞培养后于第4、12、24小时叁个时间点收集标本，Western blot法检测两组涂层表面MG63细胞粘着斑激酶、粘着斑激酶磷酸化蛋白表达。结果：实时定量RT-PCR法检测显示，细胞培养1、4小时，两组涂层表面MG63细胞整合素β1基因表达无统计学差异(P>0.05)，细胞培养12、24小时，二氧化钛掺硅涂层表面MG63细胞整合素β1基因表达显着高于单纯二氧化钛涂层组(P <0.05)；细胞培养1小时，两组涂层表面MG63细胞粘着斑激酶基因表达无统计学差异(P>0.05)，细胞培养4、12、24小时，二氧化钛掺硅涂层表面MG63细胞粘着斑激酶基因表达显着高于单纯二氧化钛涂层组(P <0.05)；细胞培养4小时，Western blot法检测显示两组涂层表面MG63细胞粘着斑激酶、粘着斑激酶磷酸化蛋白表达无统计学差异(P>0.05)，细胞培养时间延长至12、24小时，二氧化钛掺硅涂层表面MG63细胞粘着斑激酶、粘着斑激酶磷酸化蛋白表达显着高于单纯二氧化钛涂层组(P <0.05)。结论：阴极弧沉积二氧化钛掺硅涂层与单纯二氧化钛涂层相比能促进MG63粘附活性，二氧化钛掺硅涂层对细胞骨架和粘着斑的调节可能受整合素途径和粘着斑激酶磷酸化的介导，并通过整合素β1-粘着斑激酶信号转导途径影响MG63细胞的粘附活性。
何榕真[5]2012年在《钛酸钙涂层的生物相容性及动物实验研究》文中研究表明目的：本研究通过在体动物实验,研究钛酸钙“原位”涂层生物相容性,比较钛酸钙涂层、羟基磷灰石涂层及无涂层钛材料的骨结合能力,探索钛酸钙涂层钛材料作为新型体内植入物的可行性。方法：选取48只新西兰大白兔,将钛酸钙涂层螺钉、羟基磷灰石螺钉及无涂层螺钉分别植入股骨内髁、外髁,分别于2、4、8、12周进行影像学检测、组织学检测和生物力学检测,观察所研究材料在动物体内与骨组织结合情况,并进行相关分析。结果：(1)一般指标：新西兰兔饮食良好,2-3天后行动良好,无跛行,伤口愈合均为甲级,无明显并发症。(2)影像学检测：X线照片显示各时间点的螺钉与周围骨组织无放射线透亮区,植入的螺钉均留在原来的位置,无脱落,各股骨髁均没有出现骨折。(3)组织学检测：光学显微镜和扫描电镜检测,钛酸钙涂层和羟基磷灰石涂层螺钉周围骨组织排列均较致密,涂层与骨组织之间结合紧密,无纤维组织层,无涂层螺钉与骨组织之间存在纤维组织层。(4)生物力学测试：通过测得螺钉扭入、扭出时的扭力计算固定指数,比较后发现钛酸钙涂层与骨结合强度明显优于无涂层的钛表面,但弱于羟基磷灰石涂层。结论：钛酸钙具有很好的组织相容性,与骨组织结合能力明显优于钛,与羟基磷灰石涂层生物相容性类似。钛酸钙涂层与钛基表面“原位”结合,不脱落,钛酸钙与骨组织可能存在化学键结合,是一种具有发展潜力的骨科种植体涂层材料。
杜春雷[6]2009年在《纤维缠绕型多孔钛的制备及表面改性研究》文中进行了进一步梳理本文采用自制的装置和技术路线,制备了具有不同孔隙率的纤维缠绕型多孔钛块体材料。通过压缩试验和加载-卸载循环往复试验,分析了纤维缠绕型多孔钛的力学性能,并分析研究了纤维缠绕型多孔钛的形变机理。实验表明,低孔隙率高密度的纤维缠绕型多孔钛的压缩曲线可以分为线弹性区,平台区和密实区叁个阶段;其力学响应行为表现为具有一定的“滞后效应”。通过计算得出孔隙率85%的多孔钛杨氏模量为127MPa。纤维缠绕型多孔钛在形变量为18%-30%时,具有较好的能量吸收效率。对于孔隙率为85%的多孔钛,其最高能量吸收效率E (ε)MAX出现在形变量为20%,吸收效率达到了50%。为了改善生物兼容性,分别利用微弧氧化和阳极氧化,采用磷酸二氢钠(NaH2PO4·2H2O)和乙酸钙(Ca(CH3COO)2·H2O)作电解液,在纤维缠绕型多孔钛表面制备含羟基磷灰石的氧化钛的膜层。运用扫描电镜(SEM)、X射线能谱仪(EDX)和X射线衍射仪(XRD)分析表明:纤维缠绕型多孔钛表面生成了一种具有多孔且在丝与丝接合处具有堆积形貌的膜层;膜层中含Ti、O、Ca、P四种元素;膜层中的物相除金红石、锐钛矿外还有羟基磷灰石(HA)。对比试验表明,电解液浓度和氧化时间对膜层的表面形貌、相组成和元素含量都有显着的影响。根据试验结果,结合微弧氧化的特点对膜层特殊形貌的生成机理进行了初步的探讨,认为高温等离子放电下,化合物的熔融和堆积是表面特殊形貌的原因。通过阳极氧化法,在钛合金表面制备了多孔形貌的涂层。电解液浓度,氧化电压和氧化时间等参数,对膜层的形貌都有不同程度的影响。通过改变电解液的浓度,膜层可能从微孔状向“陨坑状”表面转变;随着电压的升高,氧化钛完成了从微孔状向纳米管状态的转变。
李明欧[7]2008年在《含锌羟基磷灰石粉体及涂层的研究》文中指出含锌羟基磷灰石[Ca_(10-x)Zn_x(PO_4)_6(OH)_2，Zn-HA]作为羟基磷灰石[Ca_(10)(PO_4)_6-(OH)_2，HA]的改性材料，具备良好的生物活性和生物相容性，但是由于本身的脆性，限制了Zn-HA单独作为植骨材料的应用，而必须与其它的传统医用金属材料一起使用，才能满足作为医用材料强度方而的要求。本论文就Zn-HA纳米材料和二氧化钛(TiO_2)纳米管的制备以及运用涂层技术在阳极化的钛片上制备磷灰石涂层进行研究。分别采用水热法和溶胶凝胶法制备纳米Zn-HA粉体。利用X-射线荧光光谱(XRF)、X-射线粉末衍射(XRD)、傅立叶变换红外光谱(FTIR)、透射电镜(TEM)、热重差热扫描仪(TG-DTA)等对所制得的Zn-HA粉体进行表征。实验结果表明：锌离子取代钙离子进入HA结构中引起了HA晶胞参数的变化，抑制了HA晶粒的长大。XRD、TG-DTA分析表明锌取代钙进入HA品格中降低了HA的热稳定性。采用电化学阳极氧化法对金属钛片进行阳极氧化。利用XRD、环境扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDX)、FTIR和TEM对阳极化的钛片进行表征，并研究了其热稳定性和生物活性。结果表明：阳极氧化法可以制备得到规整有序的TiO_2纳米管阵列；300℃热处理后，TiO_2由无定形转变为锐钛矿型，纳米管管径开始收缩；温度升到600℃时，纳米管阵列开始坍塌，锐钛矿型TiO_2开始向金红石型TiO_2转变；700℃时TiO_2纳米管被破坏。随着煅烧温度和提高，TiO_2晶相的微晶尺寸、结晶度、晶胞参数和各相组分的质量分数发生变化。生物活性研究表明：TiO_2纳米管阵列具有良好的生物活性，在1．5倍模拟体液中浸泡14天诱导生成厚达13μm的碳磷灰石层。最后，采用水热法和溶胶凝胶法在阳极化的钛片上进行涂敷制膜。探讨各工艺条件对涂层形貌的影响，并对涂层的组分和物相进行研究。实验结果表明：水热法制备涂层时，在水热溶液pH=5，200℃时有利于磷灰石的沉积。采用溶胶凝胶法可以制备厚度均匀的磷灰石涂层。
王航[8]2015年在《钛表面功能化膜层的构建及电化学沉积钙磷涂层的研究》文中研究说明目前用于骨组织工程的钛基材料,虽然其具有优良的机械强度、化学稳定性及弹性模量与人骨相近等一系列优点,但其呈惰性的表面性质无法提供细胞可进行识别的特定位置信息,使其不具备良好的细胞相容性。生物材料的细胞相容性与其的表面性质,如表面形貌、表面自由能、表面亲疏水性和表面电荷等因素有关。因此有必要对钛基材料进行表面改性,通过表面化学处理技术或涂层技术可在材料表面产生特殊活性功能膜层,在赋予材料表面良好的细胞相容性的同时,又可以保留材料本体的性质如化学与物理机械性能等不发生改变,可制备出生物相容性良好的钛基植入体材料。本文首先通过Piranha溶液(体积比H2SO4:H2O2=7:3)处理在医用钛表面形成纳米网状结构的氧化层。利用自组装技术在材料表面接枝十八烷基叁氯硅烷(OTS)膜,并进行紫外光照,探讨不同电化学沉积条件对钙磷涂层微观形貌及结构的影响。通过电化学方法使钙磷涂层在紫外辐射下的OTS功能化钛表面可控沉积,通过X射线衍射仪(XRD)、场发射扫描电镜(FE-SEM).透射电子显微镜(TEM)对钙磷涂层进行了表征,利用Scherrer公式对不同沉积条件下钙磷晶粒尺寸进行了探讨。结果表明改变参数,钙磷涂层的微观形貌不同,且其晶粒大小不一,尺寸范围在12.46nm-190.1nm之间。进一步探讨OTS膜层紫外光照前后亲疏水性对电化学沉积钙磷涂层的影响。利用傅里叶变换红外谱仪(FTIR)、接触角测定仪、XRD、FE-SEM对OTS膜和钙磷涂层进行了表征和分析。结果表明活性钛表面OTS的水接触角(109.8±2.1°)经UV辐照后降低到63.4±1.8°,其表面能由37.50 mJ·m-2增加到45.18 mJ·m-2,研究结果证实经UV辐照120 min后的Ti-OTS表面钙磷涂层更均匀有序,有望能提高植入材料的稳定性。另一方面,通过在羟基化钛表面自组装叁种含有不同功能基团(-CH3、-NH2、-C(O)C)的硅烷偶联剂,由于官能团的作用赋予材料表面特定功能化,研究钛材料表面的成分、结构、形貌、能量状态、亲(疏)水性能和电荷等特征对改性后钛基材料表面电化学沉积钙磷涂层的结晶性能及细胞的粘附与增殖行为的影响。结果表明,功能化钛表面电沉积的钙磷涂层晶粒尺寸为纳米级,且不同功能基团作用的钛表面钙磷涂层形貌为差异明显的纳米花状,-CH3作用的钛表面与其它表面相比具有类似于天然羟基磷灰石优异的结晶性能。体外细胞实验表明功能化钛表面均具有良好的细胞相容性。综上所述,功能膜层的构建能为钛基钙磷涂层材料作为组织工程骨修复材料提供理论和实验依据。
李英[9]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。
沈新坤[10]2016年在《医用钛/钛合金表面生物功能化及生物响应》文中研究说明医用钛及钛合金被广泛用作牙植入体及骨修复植入体。然而,众多研究表明:钛植入体表面的惰性二氧化钛层在一定程度上阻碍了其与周围天然骨间的骨整合,增加了植入体松动、移位的风险。该缺陷在骨质疏松及细菌感染等骨折手术并发症条件下尤其明显。因此,钛植入体表面工程的研究已成为相关领域的研究热点之一。如何表面改性钛植入体以维持良好的骨-植入体界面性能,是亟待解决的关键问题。鉴于此,我们设计并利用溶胶-凝胶及层层组装(LBL)等技术制备了系列具有促成骨、抗骨质疏松或抗菌的表面生物功能化钛植入材料,并对其体外或/和体内的生物学响应进行初步评价,主要研究内容和结论如下:1.钛材表面微/纳复合结构对骨髓间充质干细胞(MSCs)生物学行为的影响利用溶胶-凝胶技术在酸蚀钛材微结构表面构建了系列具有不同尺度纳米颗粒的微/纳复合结构,并探究其对MSCs成骨分化的影响。扫描电子显微镜(SEM)、表面分析仪、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)和接触角测试等结果表明:钛材呈现“脊-谷”特征的微结构,并有尺寸为20、40或80 nm的二氧化钛(TiO_2)纳米颗粒。文中还揭示了微/纳复合结构形成机理。体外细胞实验证实:与小尺寸纳米颗粒(20和40 nm)相比,微结构表面80 nm的TiO_2纳米颗粒可有效促进MSCs的粘附、增殖及成骨分化。2.钛材表面含锌微/纳复合结构对成骨细胞功能及新骨生成的调控利用溶胶-凝胶和旋转涂布技术在钛材微结构表面构建了系列含锌的ZnO/TiO_2涂层。SEM、表面分析仪、XRD、XPS和接触角测试等结果表明:含锌涂层已被成功构建,主要以氧化锌形式存在。体外抗菌实验证明,含锌涂层样本(Ti-Zn0.08、Ti-Zn0.16和Ti-Zn0.24)可有效地抑制金黄色葡萄球菌(革兰氏阳性)及铜绿假单胞菌(革兰氏阴性)在钛材表面的早期粘附。此外,成骨细胞活性、碱性磷酸酶(ALP)、矿化、成骨基因表达(Runx2、ALP、OPG、ColI、OPN和OC)及抗酒石酸酸性磷酸酶(TRAP)活性等体外细胞实验证实:Ti-Zn0.16具有优越的促成骨细胞增殖/分化和抑制破骨细胞生长的性能。更重要地,动物体内评价(Micro-CT分析、推出力及组织学观察)进一步证实了Ti-Zn0.16植入体可促进新骨形成。3.钛材表面TiO_2纳米管吸附阿仑膦酸钠用于抗骨质疏松植入骨质疏松病患骨植入体植入是临床面临的普遍挑战。植入体自身若具有较强的抗骨质疏松性能,则可提高骨质疏松病患植入手术的成功率。利用羟基磷灰石(HA)沉积的TiO_2纳米管吸附抗骨质疏松药物阿仑膦酸钠(Aln),制备出具有局部抗骨质疏松特性的钛植入体(TNT-HA-Aln)。Aln/钙离子释放曲线表明:随着破骨细胞分化成熟,材料中Aln的释放速率逐渐增加。此外,CCK-8、ALP、矿化、基因/蛋白表达及TRAP活性等体外细胞实验证实:TNT-HA-Aln基材不仅可促进成骨细胞的增殖和分化,而且可有效地抑制破骨细胞分化。体内实验(Micro-CT分析、推出力及组织学观察)进一步证实,TNT-HA-Aln可在骨质疏松模型中促进植入体周围新生骨的形成。4.钛合金表面插层多层结构用于抗骨质疏松植入利用层层组装技术在钛合金植入体表面构建了含透明质酸钠-阿仑膦酸钠/骨形态发生蛋白-2(SH-Aln/BMP-2)复合颗粒的插层多层结构(Ti6Al7Nb/LBL/NP)。释放结果表明,钛基材表面加载的纳米颗粒随多层结构降解而缓慢释放。体外细胞实验(CCK-8、ALP、矿化及TRAP活性等)证明:Ti6Al7Nb/LBL/NP可在促进成骨细胞增殖和分化的同时抑制破骨细胞成熟。体内实验(Micro-CT分析、推出力及组织学观察)证实了Ti6Al7Nb/LBL/NP可在骨质疏松条件下促进植入体周围的新骨生成。5.酶响应性钛纳米管抗菌材料及其抗菌性能评价细菌感染是移植失败的第二大因素。研究表明,粘附的细菌可在其感染部位分泌大量透明质酸酶。基于此,我们利用TiO_2纳米管装载天蚕肽B(CecB)并以壳聚糖/透明质酸钠-CecB多层结构封盖,制备了透明质酸酶响应性的钛基抗菌材料(TNT-CecB-LBLc)。傅里叶变换红外光谱(FTIR)和核磁共振(H-NMR)表征表明SH-CecB被成功合成。SEM、AFM、荧光标记及接触角测试等结果证明了钛基抗菌材料成功构建。释放实验结果表明,金黄色葡萄球菌和/或外源性透明质酸酶均可加速材料表面多层膜的降解,进而促进加载CecB的释放。另外,体外细菌和细胞实验证明,TNT-CecB-LBLc在金黄色葡萄球菌感染早期(4 h)及中后期(72 h)均具有较强的抗菌潜能,且具有良好的细胞相容性。6.钛基多层结构抗菌材料及其抗菌性能评价尽管上文已利用CecB开发了透明质酸酶响应性的钛纳米管抗菌材料,然而CecB的昂贵价格及温和抗菌性能在一定程度阻碍其临床应用。基于此,我们进而利用价格相对低廉的强效抗菌性抗生素(庆大霉素和万古霉素)修饰透明质酸钠。体外细菌和细胞实验结果表明,SH-Gen对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌及成骨细胞的综合生物性能明显优越于SH和SH-Van。
参考文献：
[1]. 超声辅助微弧氧化镁与钛基新型生物涂层的制备与性能研究[D]. 张爱琴. 佳木斯大学. 2010
[2]. 钛基表面钙磷涂层的制备和生物活性研究[D]. 张其翼. 四川大学. 2003
[3]. 纳米羟基磷灰石涂层的制备、微分析及生物活性研究[D]. 代爱梅. 河北大学. 2016
[4]. 阴极弧沉积二氧化钛掺硅涂层对成骨细胞生物活性影响的实验研究[D]. 王兵. 苏州大学. 2013
[5]. 钛酸钙涂层的生物相容性及动物实验研究[D]. 何榕真. 中南大学. 2012
[6]. 纤维缠绕型多孔钛的制备及表面改性研究[D]. 杜春雷. 上海交通大学. 2009
[7]. 含锌羟基磷灰石粉体及涂层的研究[D]. 李明欧. 福建师范大学. 2008
[8]. 钛表面功能化膜层的构建及电化学沉积钙磷涂层的研究[D]. 王航. 广东工业大学. 2015
[9]. 微纳多级结构钽复合涂层的制备及生物性能研究[D]. 李英. 华南理工大学. 2015
[10]. 医用钛/钛合金表面生物功能化及生物响应[D]. 沈新坤. 重庆大学. 2016
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