梯度多孔鈦和稀土LaF3增強多孔鈦的制備與性能評價.pdf

1、醫(yī)用多孔鈦可以通過調(diào)節(jié)孔隙率達到與骨組織相匹配的力學性能，減輕鈦植入體與骨組織間的應力屏蔽現(xiàn)象。另外，孔隙結(jié)構(gòu)的存在有利于組織的長入、粘附和體液的傳輸從而促進新骨的長入，促進組織再生與重建，加快愈合過程。多孔鈦的孔隙率在一定范圍(30％-90％)內(nèi)越高就越有利于組織的長入，但隨著孔隙率的升高，多孔鈦的力學性能銳減以致于無法滿足硬組織替換材料的承力需求，因此目前多孔鈦的難題就在于制備高強度高孔隙率的多孔鈦。
　　本文采用添加造孔劑法

2、，選擇NH4HCO3為造孔劑，成功制備出外層高孔隙率且力學性能優(yōu)異的雙層多孔鈦，并通過稀土復合制得LaF3增強型雙層多孔鈦。采用掃描電鏡(SEM)、X射線能量色散譜(EDX)和X射線衍射(XRD)等手段表征多孔鈦的形貌、成分和晶體結(jié)構(gòu)，用力學試驗機測定了多孔鈦的抗壓強度、抗彎強度及彈性模量，并對雙層多孔鈦測試了剪切強度。隨后采用堿熱處理對多孔鈦進行表面改性，通過仿生礦化實驗評價多孔鈦的生物活性。
　　本文系統(tǒng)地考察了鈦粉粒徑、造孔

3、劑添加量、稀土LaF3添加量、梯度結(jié)構(gòu)等對多孔鈦力學性能的影響。當造孔劑量相同時，隨著鈦粉粒徑的減小，多孔鈦的孔隙率、開孔率也隨之減小。31.5μm粒徑鈦粉所制得多孔鈦(A組)的孔隙率為65.0％-72.8％，開孔率為70.5-79.7％。18.1μm粒徑鈦粉所制得多孔鈦(B組)的孔隙率為62.3％-65.2％，開孔率為62.2％-70.5％。而當粒徑為9.8μm，多孔鈦(C組)的孔隙率和開孔率進一步降低，分別為58.9％-61.7％和

4、57.8-63.6％。但其孔隙尺寸隨鈦粉粒徑的減小略有減小。即A組孔徑分布在109-255μm之間，B組在90-240μm之間，C組為90-2251μm，都呈三維貫通狀態(tài)。LaF3的加入并沒有影響多孔鈦的孔隙特征。
　　力學測試結(jié)果表明，當鈦粉粒徑較大(31.5μm，18.1μm)時，LaF3的加入量為0.05wt％時對多孔鈦力學性能的增強效果顯著；而對于鈦粉粒徑較小(9.8μm)時，加入0.3wt％LaF3時對多孔鈦力學性能有顯

5、著的增強效果。鈦粉粒徑最小時多孔鈦的力學性能最佳。其中多孔鈦C-L30(鈦粉粒徑9.8μm，添加0.3wt％LaF3)的抗壓強度、彈性模量分別為157.84±16.00MPa和3.73±0.39GPa，抗彎強度為66.6±12.10MPa。并且具有約60％的高孔隙率和90-240μm的大孔徑。雙層多孔鈦的內(nèi)層具有高密度，當其外層具有與單層多孔鈦相同的高孔隙率(60％以上)時，其力學性能顯著優(yōu)于單層多孔鈦。鈦粉粒徑越小，雙層多孔鈦的力學性

6、能越好。于雙層多孔鈦的外層中添加適量氟化鑭，進一步提高了其力學性能。如C-PT2050(鈦粉粒徑9.8μm)的外層孔隙率達60％時，孔徑尺寸為90-240μm，抗壓強度、彈性模量和抗彎強度分別為203.51±14.20MPa，2.91±0.09GPa和53.22±9.93MPa。當外層添加0.3wt％LaF3，其外層基本保持同樣高孔隙率和孔徑，而抗壓強度、彈性模量、抗彎強度分別提高到234.80±13.52MPa，3.82±0.63GP

7、a和59.31±6.10MPa。因此，通過鈦粉粒徑的選擇、適量LaF3添加和梯度結(jié)構(gòu)設(shè)計，能夠制備兼具高孔隙率、大孔徑和高強度，且與骨組織力學性能相匹配的醫(yī)用多孔鈦。
　　堿熱處理后，多孔鈦的表面包括內(nèi)壁形成了復合鈦酸鈉鹽(Na2Ti3O13、Na2Ti5O11、Na2TiO3和NaTi3O2)及金紅石二氧化鈦。在仿生礦化條件下，經(jīng)堿熱處理的多孔鈦能自發(fā)誘導羥基磷灰石(HA)的形成，表現(xiàn)出良好的生物活性。稀土LaF3的添加使多孔鈦