钛基体生物活性涂层的仿生制备与表征

摘要

为了制备可用于临床实践的钛基羟基磷灰石生物活性涂层，本试验采用仿生法来制备钛基体表面生物活性涂层，选用添加有机模板剂和多倍体模拟体液法两种方案来制备该种涂层；对所制备的涂层采用表面成纤维细胞及成骨细胞培养来检测其生物活性，采用直接称重体积计算法测定所制备涂层表面的孔隙率，采用螺旋测微仪来测量所制备涂层的厚度，用拉伸实验法来检测涂层与基体的结合强度。
　　 钛基体的前处理过程，采用酸和酸碱联合处理法，采用不同的缓冲溶液来控制模拟体液的pH值，采用不同的预钙化方案对经过处理的基体进行预钙化。通过XRD和SEM对所制备涂层晶粒尺寸和表面晶体形貌进行表征。结果显示：采用酸碱联合处理的方法能够使基体表面产生大量亚微米级的微孔，在微孔表面层中还形成了大量的钛氧化物，这样的微孔结构有利于非均相成核，更有利于磷灰石的形成，而且使磷灰石层与基体间的结合力又有机械结合；采用不同的缓冲溶液进行涂层制备，结果显示：Tris-HCl缓冲液能够使涂层得以更好的沉积；采用不同的预钙化溶液进行预钙化，实验结果显示：饱和Ca（OH）2预钙化所制备的涂层表面晶体含量更高，结晶度更好，比较SEM检测结果，经饱和Ca（OH）2预钙化所制备涂层表面晶体分布更加均匀。钛基体表面前处理的最优条件为：酸碱联合处理，采用Tris-HCl作为缓冲液，饱和ca（OH）2预钙化对基体进行预钙化处理。
　　 采用仿生法制备钛基羟基磷灰石生物活性涂层，通过添加有机模板剂和多倍体模拟体液两种方案来实现。添加有机模板剂制备涂层的过程中选择的模板剂为PEG4.00，PEG600，PEG1000，PEG4000，单宁酸，β-环糊精，乙二胺四乙酸，十二烷基磺酸钠。在标准模拟体液中添加有机模板剂以后，涂层表面羟基磷灰石的含量明显高于未添加模板剂所制备的涂层，并且涂层表面只含有羟基磷灰石相。所制备涂层表面进行细胞培养后，以单宁酸为模板剂所制备的涂层能使细胞生长良好，表现出良好的生物活性；采用多倍体模拟体液法制备的涂层中，随着多倍体模拟体液浓度的增加，涂层表面羟基磷灰石的含量明显增强，纯度提高。涂层表面生物活性通过细胞培养来检测，结果显示，相同的培养时间下，随着多倍体模拟体液浓度的增强，所制备涂层表面能表现出更良好的生物活性。
　　 涂层表面性能测试，两种方法所制备的涂层经过表面结合强度测试结果显示：涂层结合强度均可达到11Mpa以上，并且涂层表面厚度可达到30～50μm，涂层表面的孔隙率可达到73％～85％，该种形貌的晶体表面可表现出良好的生物活性。实验结果显示，采用仿生法制备的涂层从表面结合强度，涂层厚度以及表面形貌均有利于所得涂层的临床应用。
　　 实验结果表明，采用仿生法于钛基体表面制备生物活性涂层的方法是可行的，酸碱联合法是钛基体预处理的有效方法，饱和Ca（OH）2预钙化液在HAP沉积方面优于其他钙化液，Tris-HCl液是控制模拟体液pH值的较理想缓冲液。钛基体经预处理、预钙化和模拟体液培养，所得到的HAP活性涂层有利于纤维细胞和成骨细胞的附着、黏附、繁殖和生长。所得涂层表面结合强度均可达到11Mpa以上，涂层厚度在30～50μm之间，涂层表面孔隙率在73％～85％，适合新骨长入。
　　 与其它的制备涂层方法相比较，仿生法制备涂层工艺简单，常温下进行，涂层表面羟基磷灰石沉积量良好，并且没有裂纹，这些都有利于所得到涂层应用于生物硬组织修复和骨缺损的治疗等。

目录

文摘

英文文摘

声明

1.绪论

1.1生物医用材料概述

1.2 HAP复合材料的研究现状

1.2.1 HAP基陶瓷复合材料

1.2.2 HAP/生物玻璃复合材料

1.2.3 HAP涂层

1.2.4 HAP/高聚物复合材料

1.3 HAP生物复合材料在实际应用中存在的主要问题

1.4 HAP生物复合材料的发展趋势

1.5钛及其合金

1.6 HAP的研究

1.6.1 HAP的结构

1.6.2 HAP的性质

1.7钛基羟基磷灰石涂层的制备方法

1.7.1水热法

1.7.2放电等离子烧结

1.7.3离子束辅助沉积

1.7.4涂覆-烧结

1.7.5溶胶凝胶法

1.7.6激光熔覆法

1.7.7电化学反应

1.7.8等离子喷涂

1.7.9爆炸喷涂

1.7.10仿生溶液生长

1.8本文的研究目的和内容

2.实验部分

2.1实验主要试剂及设备

2.1.1实验主要试剂

2.1.2实验主要设备

2.2实验方法

2.2.1涂层制备

2.2.2钛基体表面HAP生物活性涂层的仿生制备

2.2.3钛基HAP涂层表面生物活性检测

2.2.4仿生法所制备涂层的物相组成及结构表征

2.2.5涂层力学性能表征

2.2.6涂层厚度测定

3.结果与讨论

3.1钛基HAP涂层的制备条件

3.1.1钛基体的前处理方法

3.1.2预钙化条件

3.1.3缓冲溶液的选择

3.2钛基HAP涂层的仿生制备

3.2.1添加有机模板剂制备钛基HAP涂层

3.2.2多倍体模拟体液制备钛基HAP涂层

3.3涂层生物活性检测

3.3.1影响涂层表面HAP材料生物活性的因素

3.3.2涂层表面细胞生长状况

3.4涂层性能检测

3.4.1生物力学性能

3.4.2钛基体表面涂层厚度

3.4.3钛基体表面HAP的孔隙率

4.结论

5.存在问题与展望

致谢

参考文献

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