镁合金表面钙磷涂层的制备及在模拟体液中的组织演化

摘要

采用化学滴定法在固溶态AZ91镁合金表面成功获得了二水磷酸氢钙(DCPD)和五水磷酸八钙(OCP)涂层。通过研究不同工艺参数对所得预钙化涂层组织结构及性能的影响规律，获得了较好的预钙化涂层制备工艺。
　　系统研究了预钙化后试样在加入胶原蛋白(collagen)的模拟体液(SBF)中浸泡不同时间的微观组织结构及腐蚀降解行为。微观组织观察表明，预钙化试样含有两种明显的形貌特征：大的薄片状、小的羽毛状和团絮状。随其在 CSBF中浸泡时间的增加，薄片状DCPD几乎全部消失，羽毛状则逐渐转化为杆状－棒状－球状。XRD及红外测试结果表明，在CSBF中DCPD的溶解促进Ca2+、HPO42-逐渐转化为OCP及HA，而且最终转化为HA，从而在AZ91镁合金表面生成具有良好生物相容性的HA涂层。在SBF溶液中，预钙化涂层极大程度的降低了对AZ91镁合金基体的腐蚀速率。
　　胶原蛋白在SBF中的存在促进了涂层表面形貌的演化过程。另外，当试样浸泡至11d时，涂层表面的椭球状析出物也与胶原蛋白的加入有关。
　　电化学的分析结果表明，DCPD涂层能够对镁合金在CSBF溶液中起到较好的保护作用，并随着浸泡时间的增加，保护作用逐渐增强，涂层还具有一定的自修复功能。

目录

镁合金表面钙磷涂层的制备及在模拟体液中的组织演化

THE CRAFT OF Ca-P COATING ON MAGNESIUM ALLOY AND ITS MICROSTRUCTURE IN SBF

摘 要

Abstract

目 录

第 1 章 绪 论

1.1 课题背景及意义

1.2 硬组织替换材料发展、种类及要求

1.2.1 硬组织替换材料的发展及种类

1.2.2 骨替换材料的要求

1.3 镁合金作为骨替换材料的应用前景及研究现状

1.3.1 镁合金作为骨替换材料的生物学特性

1.3.2 镁合金作为生物医用材料存在的问题

1.3.3 医用镁合金表面改性的研究现状

1.4 化学反应法制备钙磷涂层的优点

1.4.1 羟基磷灰石(HA)的性质

1.4.2 胶原蛋白的结构与性质

1.4.3 化学反应法的优点

1.5 本文研究的目的和主要内容

第 2 章 试验材料与研究方法

2.1 实验原材料及预处理

2.2 预钙化涂层的制备

2.3 含有胶原蛋白的模拟体液中仿生诱导磷灰石

2.4 组织结构分析方法

2.4.1 X射线衍射仪

2.4.2 扫描电子显微镜

2.4.3 X-射线能量分散分光计

2.4.4 傅里叶红外光谱

2.4.5 动态极化曲线测试

2.4.6 时间电位曲线测试

2.5 体外动物细胞培养初探

2.5.1 小鼠成骨细胞的培养

2.5.2 试样表面细胞形态的电镜观察

第 3 章 预钙化工艺参数对涂层组织结构及耐蚀性影响

3.1 引言

3.2 Ca(NO3)2溶液浓度的影响

3.2.1 涂层的SEM分析

3.2.2 涂层的XRD分析

3.2.3 涂层的耐蚀性能分析

3.3 Ca(NO3)2溶液初始pH值的影响

3.3.1 涂层的SEM分析

3.3.2 涂层的XRD分析

3.3.3 涂层的耐蚀性能分析

3.4 K2HPO4溶液滴定速度的影响

3.4.1 涂层的SEM分析

3.4.2 涂层的XRD分析

3.4.3 涂层的耐蚀性能分析

3.5 胶原蛋白对于预钙化的影响

3.5.1 涂层SEM分析

3.5.2 涂层的XRD分析

3.5.3 涂层的耐蚀性能分析

3.6 分析与讨论

3.7 本章小结

第 4 章 预钙化涂层的表征及形成机理

4.1 引言

4.2 预钙化涂层的物相分析

4.2.1 预钙化涂层的XRD分析

4.2.2 预钙化涂层的FT-IR分析

4.3 预钙化涂层的SEM及EDS分析

4.4 预钙化涂层形成机理的浅析

4.5 预钙化处理前后动物细胞活性的初探

4.5.1 涂层表面细胞繁殖能力

4.5.2 涂层表面细胞形貌

4.6 本章小结

第 5 章 预钙化涂层在CSBF中的演化规律及降解行为

5.1 引言

5.2 预钙化涂层在CSBF中短时间浸泡的演化规律

5.2.1 涂层的SEM分析

5.2.2 涂层的XRD分析

5.2.3 胶原蛋白对于涂层短时浸泡的影响

5.3 预钙化涂层在CSBF中长时间浸泡的演化规律

5.3.1 涂层的XRD分析

5.3.2 涂层的SEM及EDS分析

5.3.3 涂层的FT-IR分析

5.3.4 Eocp-t曲线分析

5.3.5 胶原蛋白对于涂层长期浸泡的影响

5.4 分析与讨论

5.5 本章小结

参考文献

哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明

哈尔滨工业大学硕士学位论文使用授权书

攻读学位期间发表的学术论文

致 谢