电化学方法在金属钛表面沉积掺镁/掺锶羟基磷灰石涂层

摘要

本文对使用电化学方法在金属纯钛表沉积掺镁/掺锶羟基磷灰石涂层进行了系统的研究,通过控制实验参数,成功的在钛表面上制备出掺镁/掺锶含量不同的羟基磷灰石涂层。实验所使用的电解液中(Ca+Mg)/P或者(Ca+Sr)/P的摩尔比为1.67,使用电化学分析仪(CHI1140A)提供3V电压,在85℃的恒温水浴槽中电解沉积50min。实验主要通过控制电解液中的Mg/(Ca+Mg)或者Sr/(Ca+Sr)的摩尔比来调整实验参数。采用x射线衍射法(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、红外光谱(FT-IR)、分析电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP-AES)、MTT实验等分析测试方法,对所得掺镁/掺锶涂层的晶体结构、微观形貌、成分以及生物相容性能等进行了表征。
　　 实验结果表明,电化学方法是制备掺镁羟基磷灰石涂层的一种可行途径,通过电化学方法可制备出掺镁量达2.02 wt.％的Mg-Hap涂层。随着Mg2+掺杂量的增加,所得涂层的晶粒尺寸逐渐减小。Mg2+在整个电化学沉积过程中的主要作用是抑制Hap晶体(001)面的生长,从而引起晶粒的细化以及结晶度的下降。MTT实验的结果表明Mg2+不具有明显的细胞毒性。
　　 电化学方法也是制备掺锶羟基磷灰石涂层的一种可行方法,通过电化学方法可制备出Sr元素在0-100 mol％范围内替代Hap晶格中Ca元素的涂层。由于Ca元素和Sr元素的性质具有极大的相似性,Sr2+在整个电化学沉积过程中不会对晶体的生长过程产生抑制作用。MTT实验的研究结果表明,各实验组的数据之间在统计学意义上不具有显著的差异,由此Sr2+同样不具有明显的细胞毒性。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 前言

1.2 生物医用材料的分类

1.3 骨修复材料

1.3.1 天然骨的结构和生长修复机理

1.3.2 骨修复材料的研究进程及分类

1.3.3 骨修复材料与组织间的结合方式

1.3.4 羟基磷灰石简介

1.3.5 金属钛的表面改性及应用

1.3.6 骨修复材料的发展前景

1.4 电化学方法在金属钛表面沉积羟基磷灰石涂层

1.5 镁元素和锶元素对羟基磷灰石产生的影响

1.5.1 碱土金属元素的性质比较

1.5.2 镁元素和锶元素的生物学作用

1.5.3 镁元素和锶元素对羟基磷灰石性质的影响

1.6 本文的研究目的、内容及意义

第二章 实验方法和实验原理

2.1 前言

2.2 电化学沉积掺镁/掺锶羟基磷灰石涂层的原理

2.3 电化学沉积掺镁/掺锶羟基磷灰石涂层的影响因素

2.3.1 电解液的pH值

2.3.2 阴极电压(位)及电流密度

2.3.3 沉积时间

2.3.4 电解液温度

2.3.5 基体的选用和表面处理

2.3.6 其它影响因素

2.4 电化学沉积掺镁/掺锶羟基磷灰石涂层的工艺

2.4.1 基体预处理

2.4.2 电解液的配制

2.4.3 电沉积掺镁/掺锶羟基磷灰石涂层的装置

2.4.4 电沉积掺镁/掺锶羟基磷灰石涂层的工艺参数

2.4.5 掺杂碱土金属元素羟基磷灰石涂层的表征

第三章 钛表面电化学沉积制备掺镁羟基磷灰石涂层

3.1 前言

3.2 镁元素对涂层物理、化学性质的影响

3.2.1 涂层成分ICP分析

3.2.2 涂层XRD分析

3.2.3 涂层FT-IR分析

3.2.4 涂层形貌分析

3.3 镁元素在涂层制备过程中的作用

3.4 镁元素对涂层生物学性能的影响

3.5 本章小结

第四章 钛表面电化学沉积制备掺锶羟基磷灰石涂层

4.1 前言

4.2 锶元素对涂层物理、化学性质的影响

4.2.1 涂层XRD分析

4.2.2 涂层FT-IR分析

4.2.3 涂层形貌分析

4.3 锶元素对涂层生物学性能的影响

4.4 其它实验参数下SR-HAP涂层的制备

4.5 电化学掺钡羟基磷灰石的制备简介

4.6 本章小结

第五章 结论

参考文献

致谢

个人简历

攻读硕士学位期间发表的学术论文与取得的其它研究成果