鈦基羥基磷灰石涂層的仿生制備與性能研究.pdf

1、骨損傷、大段骨缺失一直都是臨床醫(yī)學(xué)的難點(diǎn)，為此尋找符合要求的人工骨替代材料成為當(dāng)下研究的熱點(diǎn)。生物活性是生物材料與活體骨產(chǎn)生化學(xué)鍵合的能力，是衡量生物材料的一個(gè)重要指標(biāo)。目前生物醫(yī)用材料主要分為以羥基磷灰石（HA）為代表的生物陶瓷材料和以鈦合金為代表的生物金屬材料兩種。羥基磷灰石陶瓷的多孔結(jié)構(gòu)為成骨細(xì)胞的長(zhǎng)入提供連通的三維生長(zhǎng)環(huán)境，易與機(jī)體形成骨性結(jié)合，具有良好的生物相容性。但羥基磷灰石脆性高，生理負(fù)荷下易碎裂失效。鈦及鈦合金在生物醫(yī)用

2、金屬材料中擁有跟人骨最接近的彈性模量，其生物力學(xué)相容性很好。但鈦及鈦合金本身為惰性材料，基體一般需要活化。鈦合金表面引導(dǎo)磷酸鹽沉積的能力較差，其生物相容性有待加強(qiáng)。本文通過仿生礦化法制備了兼?zhèn)涠邇?yōu)點(diǎn)的HA/TC4復(fù)合試樣，研究了幾種主要的實(shí)驗(yàn)因素對(duì)涂層形貌、生長(zhǎng)速度和鈣磷比的影響，并對(duì)復(fù)合試樣的生物活性進(jìn)行了表征，這對(duì)新一代生物復(fù)合材料的研發(fā)具有重要的參考價(jià)值。
　　通過對(duì)照試驗(yàn)考察了采用不同的前處理方式對(duì)羥基磷灰石鈣磷涂層形貌

3、的影響。結(jié)果表明，酸蝕和堿處理能夠在TC4表面形成多級(jí)微孔結(jié)構(gòu)，有利于HA的成核和生長(zhǎng)。通過對(duì)沉積液pH值的變化規(guī)律和HA鈣磷涂層形成機(jī)理的分析得出了一些對(duì)后續(xù)實(shí)驗(yàn)具有指導(dǎo)作用的結(jié)論，如沉積液的更換周期和利用pH值變化衡量涂層生長(zhǎng)快慢的條件。借助X射線衍射分析和FTIR分析等檢測(cè)手段分析得出HA鈣磷涂層的主要成分為HA和CHA。
　　通過單因素實(shí)驗(yàn)法研究了沉積液初始pH值、培養(yǎng)溫度和浸泡時(shí)間三個(gè)工藝參數(shù)對(duì)涂層生長(zhǎng)速度、形貌和鈣磷比

4、的影響。結(jié)果表明，當(dāng)初始pH值和溫度在7.4和37℃左右兩個(gè)不同的連續(xù)區(qū)間內(nèi)變化時(shí)，其對(duì)實(shí)驗(yàn)指標(biāo)的影響效果不近相同；對(duì)于涂層形貌而言，初始pH值越高，涂層越致密，均勻性越低；培養(yǎng)溫度越高，涂層越疏松；浸泡時(shí)間越長(zhǎng)，晶粒越粗大。
　　生物材料是否具有骨誘導(dǎo)性的先決條件是能夠在人體生理環(huán)境中在其表面自發(fā)誘導(dǎo)類骨磷灰石的形成。本文通過配置標(biāo)準(zhǔn)模擬體液來模擬人體內(nèi)環(huán)境條件，以體外浸泡實(shí)驗(yàn)的方式來驗(yàn)證了我們制備的HA/TC4復(fù)合試樣的生物活

5、性。利用SEM掃描電鏡、XRD分析和EDS能譜分析等檢測(cè)手段證明只需要8d的時(shí)間，HA/TC4復(fù)合試樣就能完成類骨磷灰石的誘導(dǎo)成核和覆蓋生長(zhǎng)，具有良好的生物活性。通過控制沉積液初始pH值、沉積時(shí)間、培養(yǎng)溫度獲得不同表面形貌的涂層。結(jié)果證明：沉積液初始pH=7.4時(shí)的晶粒尺寸明顯大于pH為6.4、8.4時(shí)，晶粒尺寸的增大隨即導(dǎo)致尺寸均勻性降低。隨著培養(yǎng)溫度的升高，晶粒變得粗大，生長(zhǎng)速度加快，晶粒數(shù)目減少，導(dǎo)致涂層疏松化。浸泡時(shí)間越長(zhǎng)，晶粒

6、尺寸進(jìn)一步長(zhǎng)大，涂層也相對(duì)致密。
　　根據(jù)對(duì)涂層的裂紋分析，采取兩種方案對(duì)涂層的裂紋情況進(jìn)行改善：第一種是分多次沉積和多次干燥工藝，以此來降低裂紋的數(shù)目和尺寸，使涂層變得更加致密，但是會(huì)使涂層的HA晶粒分布的均勻性降低，第二種是采用三次沉積三次干燥的方式制備的涂層，提高涂層的致密性，減少裂紋。此外涂層的力學(xué)性能因其致密度的提高在一定程度上有所提高。涂層表面性能測(cè)試結(jié)果顯示：熱處理后涂層結(jié)合強(qiáng)度可達(dá)到13.41Mpa，并且涂層表面厚