純鈦基體表面電泳沉積羥基磷灰石涂層的研究.pdf

1、羥基磷灰石(Hydroxyapatite，簡(jiǎn)稱HA或HAP)廣泛存在于人類的骨和牙中，具有良好的生物相容性和生物活性，引起了生物醫(yī)學(xué)材料研究者的廣泛興趣。由于人工合成的羥基磷灰石的強(qiáng)度和韌性差，因此不能直接應(yīng)用于承載的部位。為了得到一種具有生物活性的種植體，人們利用涂層技術(shù)把HA涂覆在鈦及其合金表面制備出生物活性涂層材料，這樣既滿足了種植體的生物活性和生物相容性，同時(shí)其機(jī)械強(qiáng)度也能滿足承載條件下的需要。但是HA涂層與鈦及其合金的膨脹系數(shù)

2、差異較大，涂層中產(chǎn)生的張力容易引起涂層的脫落。 生物玻璃(Bioglass，簡(jiǎn)稱BG)是一種成分可以調(diào)節(jié)的生物活性材料，可以通過(guò)調(diào)節(jié)成分改變其膨脹系數(shù)，使之與鈦及其合金的膨脹系數(shù)接近。這樣在HA層與鈦及其合金之間以BG為過(guò)渡層，可以提高涂層與基體的結(jié)合強(qiáng)度。目前制備生物活性涂層的技術(shù)主要有等離子噴涂、電化學(xué)沉積、溶膠．凝膠法、離子束濺射等。但是這些傳統(tǒng)方法制備的HA涂層取得了一定的成功，但也存在以下缺點(diǎn)：涂層表面不均勻、結(jié)晶度低

3、、涂層與基體結(jié)合強(qiáng)度差等。因此研究一種可以精確控制涂層成分和結(jié)晶度的制備生物活性涂層的方法具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文采電泳沉積制備HA涂層以及HA/BG復(fù)合涂層，綜合利用掃描電鏡(SEM)、電子探針(EPMA)、X-射線衍射(XRD)、傅立葉轉(zhuǎn)換紅外光譜(FT-IR)等對(duì)沉積的涂層進(jìn)行表征。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，電泳沉積制備生物活性涂層受沉積電壓、沉積時(shí)間、懸浮液陳化時(shí)間等因素的影響。當(dāng)沉積電壓為200V左右時(shí)，沉積后的涂層比較致密均勻

4、，表面沒(méi)有明顯缺陷。熱處理之后，涂層中羥基磷灰石結(jié)晶度很高，另外還有少量碳羥基磷灰石存在?；w表面氧化產(chǎn)生了TiO<,2>，它的存在可能起到減緩?fù)繉雍突w之間的熱應(yīng)力，提高結(jié)合強(qiáng)度的作用。電壓過(guò)大容易使涂層表面存在過(guò)多大尺寸羥基磷灰石顆粒，影響涂層均勻性，這些大尺寸顆粒也容易脫落從而在涂層表面留下孔洞，使涂層失效，影響涂層使用壽命。雖然通過(guò)延長(zhǎng)沉積時(shí)間可以改善這一問(wèn)題，但是沉積時(shí)間越長(zhǎng)，涂層厚度越大，這樣涂層材料在生理環(huán)境內(nèi)的溶解過(guò)于緩

5、慢，不利于基體與人體組織形成良好的結(jié)合。當(dāng)沉積時(shí)間較短時(shí)，涂層的溶解則過(guò)于迅速，也不利于基體與人體組織的結(jié)合。 在沉積電壓較低的電泳過(guò)程中，顆粒所獲得的驅(qū)動(dòng)力不足，單位時(shí)間內(nèi)沉積的羥基磷灰石顆粒的數(shù)量比較少，形成的涂層脆性較大，容易脫落。雖然低電壓下，進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間沉積可以達(dá)到一定的沉積量，獲得較厚的涂層，但是這樣所獲得的涂層，其表面不均勻，熱處理后的粒子燒結(jié)度不高，而且生物活性不夠好。懸浮液陳化時(shí)間對(duì)于涂層也有很大影響。當(dāng)懸浮液陳

6、化時(shí)間為一天時(shí)，懸浮液存在較多大顆粒，沉積之后制備的涂層在干燥處理之后就發(fā)生龜裂而脫落。陳化三天，七天時(shí)，所制得的涂層未發(fā)現(xiàn)龜裂現(xiàn)象。懸浮液陳化七天后制備的涂層表面的顆粒尺寸比較均勻，燒結(jié)度比較高。 BG與HA復(fù)合涂層可以改善單一HA涂層內(nèi)部出現(xiàn)應(yīng)力導(dǎo)致涂層脫落的問(wèn)題。添加了BG過(guò)渡層的復(fù)合涂層的表層形貌與單一涂層沒(méi)有明顯區(qū)別。X射線衍射和紅外光譜結(jié)果顯示涂層中HA和BG成分結(jié)晶度都很高。劃痕測(cè)試顯示，添加了生物玻璃過(guò)渡層的涂層