梯度多孔鈦和稀土LaF3增強(qiáng)多孔鈦的制備與性能評(píng)價(jià).pdf

1、醫(yī)用多孔鈦可以通過調(diào)節(jié)孔隙率達(dá)到與骨組織相匹配的力學(xué)性能，減輕鈦植入體與骨組織間的應(yīng)力屏蔽現(xiàn)象。另外，孔隙結(jié)構(gòu)的存在有利于組織的長(zhǎng)入、粘附和體液的傳輸從而促進(jìn)新骨的長(zhǎng)入，促進(jìn)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(zhǎng)入，但隨著孔隙率的升高，多孔鈦的力學(xué)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(qiáng)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(xué)性能優(yōu)異的雙層多孔鈦，并通過稀土復(fù)合制得LaF3增強(qiáng)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(xué)試驗(yàn)機(jī)測(cè)定了多孔鈦的抗壓強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度及彈性模量，并對(duì)雙層多孔鈦測(cè)試了剪切強(qiáng)度。隨后采用堿熱處理對(duì)多孔鈦進(jìn)行表面改性，通過仿生礦化實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)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(duì)多孔鈦力學(xué)性能的影響。當(dāng)造孔劑量相同時(shí)，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(dāng)粒徑為9.8μm，多孔鈦(C組)的孔隙率和開孔率進(jìn)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(xué)測(cè)試結(jié)果表明，當(dāng)鈦粉粒徑較大(31.5μm，18.1μm)時(shí)，LaF3的加入量為0.05wt％時(shí)對(duì)多孔鈦力學(xué)性能的增強(qiáng)效果顯著；而對(duì)于鈦粉粒徑較小(9.8μm)時(shí)，加入0.3wt％LaF3時(shí)對(duì)多孔鈦力學(xué)性能有顯

5、著的增強(qiáng)效果。鈦粉粒徑最小時(shí)多孔鈦的力學(xué)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(qiáng)度、彈性模量分別為157.84±16.00MPa和3.73±0.39GPa，抗彎強(qiáng)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(dāng)其外層具有與單層多孔鈦相同的高孔隙率(60％以上)時(shí)，其力學(xué)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(xué)性

6、能越好。于雙層多孔鈦的外層中添加適量氟化鑭，進(jìn)一步提高了其力學(xué)性能。如C-PT2050(鈦粉粒徑9.8μm)的外層孔隙率達(dá)60％時(shí)，孔徑尺寸為90-240μm，抗壓強(qiáng)度、彈性模量和抗彎強(qiáng)度分別為203.51±14.20MPa，2.91±0.09GPa和53.22±9.93MPa。當(dāng)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(qiáng)度、彈性模量、抗彎強(qiáng)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(jì)，能夠制備兼具高孔隙率、大孔徑和高強(qiáng)度，且與骨組織力學(xué)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(fù)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(dǎo)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