通过仿生法在医用镁合金表面制备羟基磷灰石涂层的研究

摘要

镁及镁合金材料作为体内可降解生物材料，由于其具有良好的生物相容性和力学性能，使其有望应用于承力部位的骨组织修复。仿生溶液法制备磷灰石涂层是近年来发展起来的制备磷灰石涂层的新方法。仿生合成具有独特的工艺优点，它适于在多种材质、各种形状的基体上制备磷灰石类涂层。 本文用三种预处理方法对镁合金进行表面改性，然后将预处理后的镁合金试样浸渍于SBF溶液和CP饱和溶液中，在镁合金表面仿生合成羟基磷灰石。预处理可以提高镁合金试样在模拟体液和钙磷饱和溶液中的耐腐蚀性，并且可以快速诱导磷灰石晶核在镁合金表面形成，通过消耗溶液中的Ca2+离子和PO43—离子，镁合金表面就能自发有序的生长出均匀、致密的羟基磷灰石涂层。 碱热处理：将镁合金试样在饱和NaHCO3—MgCO3溶液中浸泡24h，再在673K下保温10h。热有机膜处理：将镁合金试样在673K保温10h后，再在0.1 mmol/L硬脂酸/氯仿溶液中浸泡1h。然后将预处理后的试样分别浸渍在SBF溶液和钙磷饱和溶液中，检测试样失重率和溶液pH变化。通过XRD和SEM分析发现，碱热法预处理过的镁合金在模拟体液和钙磷饱和溶液中浸渍15d后生成颗粒状磷灰石晶粒，而热有机膜预处理后的镁合金试样在模拟体液和钙磷饱和溶液中浸渍10d后，表面就生成大量均匀的磷灰石晶粒，说明热有机膜处理后的试样，能迅速诱导磷灰石晶核在其表面生成。通过失重率变化发现，热有机膜处理后的镁合金试样，在浸渍溶液中几乎没有质量损失，说明热有机膜处理后的试样，其耐腐蚀性能显著提高。 结合以上两种方法的研究，本试验又设计出了自组装法。将镁合金试样在0.1mol/L的EDTA二钠盐水溶液中浸渍3min，再将试样置于CaCl2溶液中，同时向其中缓慢滴加K2HPO4，过程中不断搅拌。最后将处理后的试样分别浸渍在SBF溶液和钙磷饱和溶液中。通过XRD和SEM分析发现，经过EDTA自组装以及预钙化处理后的镁合金试样，在钙磷饱和溶液中浸泡7天后，以HA为主晶相的涂层就覆盖了整个试样表面。 本论文为镁合金金属材料在骨组织工程中的应用、设计和发展提供理论及实验资料依据。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1镁及镁合金作为医用材料的优点

1.2存在的问题

1.3表面改性方法

1.3.1等离子喷涂

1.3.2溶胶-凝胶

1.3.3电化学沉积

1.3.4稀土转化膜

1.3.5微弧氧化

1.3.6仿生法

1.4镁及磷灰石降解机理的初步探讨

1.4.1镁在体内的降解机理

1.4.2表面羟基磷灰石涂层的降解机制

1.5镁及镁合金作为生物医刚材料的潜在应用

1.5.1骨折固定材料、矫形材料

1.5.2牙种植材料

1.5.3口腔修复材料

1.5.4骨组织工程多孔支架材料

1.6论文选题的目的及其主要研究内容

1.6.1论文的目的及意义

1.6.2论文的主要研究内容

第二章 实验材料与工艺路线

2.1实验原料

2.2实验试剂及规格

2.3表面处理及分析测试所用的主要仪器设备

2.4模拟体液和钙磷饱和溶液的配制

第三章 通过碱热法和热有机膜法预处理镁合金仿生制备羟基磷灰石涂层

3.1实验方法

3.2结果与分析

3.2.1模拟体液pH值的变化

3.2.2试样质量的变化

3.2.3 SEM分析

3.2.4 XRD分析

3.3讨论

3.4本章小结

第四章 通过自组装法预处理镁合金仿生制备羟基磷灰石涂层

4.1实验方法

4.2结果与分析

4.2.1模拟体液pH值的变化

4.2.2试样质量的变化

4.2.3涂层形貌的SEM分析

4.2.4 XRD分析

4.3磷灰石形成的初步探讨

4.3.1成核理论

4.3.2磷灰石形成的初步探讨

4.4本章小结

第五章 结论与展望

5.1结论

5.2今后工作展望

参考文献

致 谢

附录：攻读硕士期间发表的论文