大孔徑陽極氧化鋁的制備、表面改性及生物學(xué)性能研究.pdf

1、多孔陽極氧化鋁(Porousanodicalumina,PAA)是一種具有長程有序的納米孔陣列結(jié)構(gòu)的自組裝材料，在納米材料的制備、物質(zhì)分離等多種領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。目前，基于PAA的研究主要是小孔徑的，而有序大孔徑PAA的合成是當前研究的熱點和難點。此外，PAA良好的化學(xué)穩(wěn)定性、生物相容性及結(jié)構(gòu)仿生的特點，在醫(yī)用金屬的表面涂層改性方面已顯示出實際應(yīng)用價值的潛力。然而，PAA表面為生物惰性，無法與周圍骨組織形成有效的骨整合，因此，改善PA

2、A表面性能具有重要的意義。PAA相互平行的大面積六角形排列的納米孔道，也可作為生物活性物質(zhì)的優(yōu)良載體，從而賦予其特殊的生物學(xué)功能。近年來眾多的研究表明，鈣-硅基(CaO-SiO2)生物材料具有優(yōu)良的生物活性和降解性，能在體內(nèi)和體外快速誘導(dǎo)類骨磷灰石沉積并促進骨組織相關(guān)細胞的增殖和分化。銀離子具有廣譜和高效的抗菌效果。因此，設(shè)計鈣-硅-銀(CaO-SiO2-Ag2O)三元體系的生物活性玻璃，并將其裝載入PAA的孔道中，就有可能使材料具有治

3、療修復(fù)和預(yù)防感染為一體的性能，從而具有重要的理論和醫(yī)用價值。
　　本文采用改進的兩步陽極氧化法制備出高度有序大孔徑PAA。采用場發(fā)射掃描電鏡(FESEM)、X射線能譜儀(EDS)和X射線衍射儀(XRD)對PAA的形貌、結(jié)構(gòu)和組成進行了表征。系統(tǒng)研究了陽極氧化電壓及電壓的匹配性對PAA的孔徑、孔間距和有序度的影響。為了賦予PAA表面類骨磷灰石形成的能力，本文將PAA置于磷酸溶液中低溫浸漬處理并高溫燒結(jié)對其進行表面磷酸化改性處理，并采

4、用模擬體液(SBF)浸泡實驗評價了表面磷酸化改性的PAA誘導(dǎo)類骨磷灰石形成的能力，借助FESEM、EDS和傅立葉變換紅外光譜儀(FTIR)等分析手段表征了PAA、磷酸化的PAA及體外類骨磷灰石的形成。本文還采用溶膠凝膠法制備出CaO-SiO2和CaO-SiO2-Ag2O溶膠，然后通過減壓浸漬的方法使溶膠填充到直徑為200nm的PAA孔道中，制備出CaO-SiO2/PAA、CaO-SiO2-Ag2O/PAA復(fù)合生物材料。SBF浸泡實驗初步

5、研究了CaO-SiO2-Ag2O/PAA的體外生物活性和離子釋放行為。研究了PAA、CaO-SiO2/PAA、CaO-SiO2-Ag2O/PAA的抑菌性能及細菌在這些材料表面的形態(tài)變化情況。獲得的結(jié)論如下:
　　通過改進的兩步陽極氧化法所制備的PAA呈六角密排結(jié)構(gòu)、排列規(guī)律并且有序。EDS測定結(jié)果表明所制備的有序大孔徑PAA主要含有Al和O兩種元素。由XRD結(jié)果可知PAA為非晶態(tài)結(jié)構(gòu)。采用改進的兩步陽極氧化法分別在100-140V

6、下制備了一系列高度有序的大孔徑PAA，其孔徑在200-300nm，孔間距在260-350nm，孔間距和氧化電壓呈線性關(guān)系，兩者之間的比例常數(shù)為2.29nm/V。當兩步氧化電壓相差較大時(第一步氧化電壓:40V;第二步氧化電壓:100V)，孔洞大小不一，排列無序;當氧化電壓完全匹配時（第一步氧化電壓:100V;第二步氧化電壓:100V)，能夠形成排列規(guī)律，六角密排結(jié)構(gòu)的PAA。在PAA磷酸化改性的實驗中，EDS分析結(jié)果表明，經(jīng)過磷酸化改性

7、處理后磷元素被引入到PAA的表面;而FTIR表征結(jié)果表明，經(jīng)過磷酸化改性后在PAA的表面引入了帶負電荷的-PO4H2功能基團。SBF浸泡實驗表明磷酸化的PAA具有優(yōu)良的誘導(dǎo)類骨磷灰石形成的能力。采用FESEM對所制備的CaO-SiO2/PAA和CaO-SiO2-Ag2O/PAA復(fù)合生物材料進行了觀測，結(jié)果表明:生物活性玻璃幾乎填充滿整個PAA孔道，表面沒有過多的覆蓋層。通過SBF浸泡實驗表明CaO-SiO2-Ag2O/PAA具有優(yōu)異的誘

8、導(dǎo)類骨磷灰石形成的能力和良好的離子緩釋性能。抗菌性能測試結(jié)果表明:經(jīng)24小時培養(yǎng)后，CaO-SiO2-Ag2O/PAA對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的抑菌率分別為90％和92％，而CaO-SiO2/PAA對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的抑菌率分別為35％和41％。細菌在材料表面形態(tài)變化的結(jié)果表明:大腸桿菌和金黃色葡萄球菌在PAA表面光滑、完整;在CaO-SiO2/PAA上，菌體的形態(tài)結(jié)構(gòu)變化不明顯;而在CaO-SiO2-Ag2O/PAA上，有明