鈦基羥基磷灰石復(fù)合涂層的研究.pdf

1、羥基磷灰石(Hydroxyapatite，HA)涂層由于具有良好的生物相容性和骨誘導(dǎo)性，被廣泛的研究和應(yīng)用于臨床。近年來，將HA與其它生物材料復(fù)合，從而改善HA涂層的性能，滿足不同的臨床需要，成為生物材料領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。目前制備的HA復(fù)合涂層主要分為HA-有機(jī)復(fù)合涂層和HA-無機(jī)復(fù)合涂層。HA-有機(jī)復(fù)合涂層主要是將HA與生物大分子復(fù)合以期獲得優(yōu)良生物學(xué)性能，例如殼聚糖(Chitosan，CS)，蛋白等。HA-無機(jī)復(fù)合涂層主要是將HA與無

2、機(jī)材料，如ZrO2，TiO2等復(fù)合，以改善涂層的力學(xué)性能。然而復(fù)合涂層不均勻性一直是困擾其走向應(yīng)用的主要問題。本研究制備了HA與殼聚糖(CS)、明膠(Gelatin)、氧化鋯(ZrO2)復(fù)合涂層。通過比較脈沖電位和恒電位，不同脈沖電位，電解液成分對涂層結(jié)晶、成分、形貌等影響來優(yōu)化工藝，然后對復(fù)合涂層進(jìn)行了生物學(xué)和力學(xué)性能評價(jià)。采用掃描電子顯微鏡(SEM)、X射線衍射儀(XRD)、傅立葉紅外光譜儀(FTIR)、熱重分析儀(TG)和X射線光

3、電子能譜儀(XPS)等分析手段，研究了HA復(fù)合涂層的結(jié)構(gòu)組成、形貌和性能。主要內(nèi)容如下：
　　 采用電化學(xué)沉積法在鈦金屬表面制備出羥基磷灰石/殼聚糖(HA/CS)復(fù)合涂層，實(shí)現(xiàn)CS與HA在微觀尺寸上的復(fù)合與雜化。比較了脈沖電位與恒電位模式下復(fù)合涂層的形成，研究了電位高低及殼聚糖濃度對復(fù)合涂層性能的影響。結(jié)果表明，與恒電位模式比較，脈沖電位下制備的涂層較均勻、結(jié)晶性好、CS含量高，并且HA與CS雜化程度高。脈沖電位的高低影響涂層的

4、結(jié)晶、形貌；脈沖低電位(-1.3 V)更利于復(fù)合涂層的沉積。電解液中CS濃度影響復(fù)合涂層的形貌及CS在復(fù)合涂層中的含量，電解液中CS濃度為0.33 g/l左右比較適合?？咕鷻z測表明復(fù)合涂層具有良好的抗菌性。成骨細(xì)胞的培養(yǎng)結(jié)果表明復(fù)合涂層具有良好的生物相容性。
　　 通過原位水熱合成和溶膠-凝膠浸提涂覆法在堿處理的鈦表面制備了HA/CS復(fù)合涂層。接觸角檢測表明堿處理使鈦表面具有超親水性，這是形成均勻涂層的必要條件。X射線衍射分析表

5、明復(fù)合涂層成分為HA和CS，各組分含量由熱重分析確定。掃描電鏡對復(fù)合涂層的形貌進(jìn)行觀察并發(fā)現(xiàn)不同HA含量的復(fù)合涂層具有不同的形貌。通過培養(yǎng)成骨細(xì)胞考察了復(fù)合涂層的細(xì)胞相容性。Alamar Blue檢測表明HA/CS復(fù)合涂層表面細(xì)胞黏附及增殖能力較好。堿性磷酸酶(ALP)檢測表明HA/CS復(fù)合涂層表面的細(xì)胞分化能力較好。綜合研究結(jié)果表明該復(fù)合涂層有較好的生物相容性。
　　 采用電化學(xué)沉積法制備磷酸鈣/明膠(CaP/Gelatin)

6、復(fù)合涂層，對其進(jìn)行表征及性能測試。討論了不同脈沖電位、明膠濃度、沉積溫度、電解液pH值等對復(fù)合涂層性能的影響。研究發(fā)現(xiàn)脈沖電位下涂層質(zhì)量優(yōu)于恒電位。XRD和FTIR分析表明復(fù)合涂層的成分為HA和明膠。SEM觀察發(fā)現(xiàn)復(fù)合涂層是結(jié)構(gòu)均勻的多孔網(wǎng)狀或花瓣?duì)钗⒓{結(jié)構(gòu)。復(fù)合涂層形貌及成分隨脈沖電位、明膠濃度等實(shí)驗(yàn)條件的變換而變化。低電位利于復(fù)合涂層的結(jié)晶和沉積。改變明膠在鈣磷電解液中的濃度，發(fā)現(xiàn)明膠濃度在0.1～1.0g/l范圍內(nèi)不影響涂層形貌，

7、但影響明膠在復(fù)合涂層中的含量。沉積溫度為50℃，電解液pH值在明膠等電點(diǎn)以下保證了復(fù)合涂層具有較好的結(jié)晶性、均勻性。Alamar Blue檢測表明復(fù)合涂層具有較好的生物相容性。
　　 采用電化學(xué)沉積法在生物醫(yī)用鈦金屬表面制備出均勻的HA/ZrO2復(fù)合涂層。通過熱處理提高涂層的致密性，同時(shí)保留涂層的微納結(jié)構(gòu)?？疾炝藷崽幚砗髲?fù)合涂層的成分、形貌、生物相容性及穩(wěn)定性。X射線衍射分析表明復(fù)合涂層成分為HA和ZrO2。掃描電鏡對HA/Zr

8、O2復(fù)合涂層的形貌進(jìn)行觀察并發(fā)現(xiàn)熱處理后復(fù)合涂層的致密性提高。研究發(fā)現(xiàn)ZrO2的加入大大降低了HA/ZrO2復(fù)合涂層中鈣離子的釋放速度，提高了HA/ZrO2復(fù)合涂層的穩(wěn)定性。模擬體液(SBF)浸泡檢測表明HA/ZrO2復(fù)合涂層能夠誘導(dǎo)磷灰石生成，具有較好的生物活性。納米劃痕實(shí)驗(yàn)和拉力測試結(jié)果表明HA/ZrO2復(fù)合涂層具有較好的結(jié)合強(qiáng)度。通過培養(yǎng)成骨細(xì)胞考察了復(fù)合涂層的生物相容性。Alamar Blue檢測表明HA/ZrO2復(fù)合涂層表面細(xì)