大變形純鈦材生物陶瓷膜層的制備與生物摩擦學(xué)性能研究.pdf

1、鈦材是重要的醫(yī)用植入物材料，然而在生理環(huán)境下存在生物活性不足、耐磨性差的問題，影響了其長期植入安全，本文以解決該問題為目標(biāo)，選用純鈦材與經(jīng)等通道轉(zhuǎn)角大應(yīng)變技術(shù)制備的大變形純鈦材為研究對(duì)象，綜合運(yùn)用微弧氧化及水熱處理法對(duì)其進(jìn)行表面改性，對(duì)改性膜層作為醫(yī)用植入物面臨的生物相容性、摩擦損傷等關(guān)鍵性能問題展開系統(tǒng)研究，所開展的工作及取得的創(chuàng)新性結(jié)果如下:
　　深入研究了電解液中頻率、氧化時(shí)間、電流密度、Ca/P比和占空比等微弧氧化工藝參數(shù)

2、對(duì)膜層結(jié)構(gòu)的影響規(guī)律。結(jié)果表明，降低頻率、延長氧化時(shí)間可提高微弧氧化膜層表面孔隙的平均孔徑、孔隙率、粗糙度、Ca/P比以及金紅石相TiO2的相對(duì)含量;提高電流密度、降低電解液中Ca/P比可使膜層表面孔隙的平均孔徑呈現(xiàn)出先增大后減小的變化規(guī)律，而提高占空比則主要改善膜層表面形貌。
　　對(duì)比評(píng)價(jià)了純鈦材與大變形純鈦材微弧氧化膜層的微觀組織結(jié)構(gòu)與理化性能。研究發(fā)現(xiàn)，與純鈦材微弧氧化膜層相比，大變形純鈦材微弧氧化膜層的孔洞分布更均勻致密，

3、孔徑更小，微米級(jí)小孔數(shù)量更多，孔隙率更高，表面更光滑平整，粗糙度更適宜，硬度值更高，膜-基結(jié)合能力更強(qiáng)，耐腐蝕性更好，接觸角提高，表面能降低。
　　考察了純鈦材與大變形純鈦材微弧氧化膜層在干摩擦、模擬體液和小牛血清潤滑液等不同潤滑條件的生物摩擦學(xué)性能。研究顯示，大變形純鈦材微弧氧化膜層在干摩擦、小牛血清潤滑和模擬體液潤滑狀態(tài)下摩擦學(xué)性能皆優(yōu)于純鈦材微弧氧化膜層，小牛血清能起到更有效的潤滑作用，小牛血清潤滑條件下的大變形純鈦材微弧氧

4、化膜層的耐磨性能更優(yōu)。
　　為進(jìn)一步提高生物活性，利用水熱法將純鈦材與大變形純鈦材微弧氧化膜層以非晶態(tài)的形式存在的Ca+、PO43-轉(zhuǎn)變?yōu)榫B(tài)的羥基磷灰石(HA)，制備了TiO2/HA復(fù)合陶瓷膜層，分析了水熱處理對(duì)膜層結(jié)構(gòu)及潤濕性能的影響。結(jié)果表明，水熱處理后膜層表面HA顆粒結(jié)晶形核可提高膜層表面能，膜層表面HA晶粒數(shù)目體積隨著水熱時(shí)間的延長而增加，表面粗糙度呈先下降后上升的趨勢。水熱處理7天后，大變形純鈦材復(fù)合陶瓷膜層表面獲得更

5、接近人自然骨Ca/P比的針狀HA晶體。
　　對(duì)改性膜層進(jìn)行了體外細(xì)胞及血液相容性實(shí)驗(yàn)研究。結(jié)果顯示，所有試樣都無細(xì)胞毒性，都符合醫(yī)用材料的溶血率要求，并且大變形純鈦材復(fù)合陶瓷膜層的細(xì)胞相容性與血液相容性最優(yōu)，更能有效促進(jìn)成骨細(xì)胞的黏附和鋪展，其表面的成骨細(xì)胞雙層重疊生長結(jié)構(gòu)更為明顯，并且血小板沒有被激活。
　　綜上所述，純鈦材大變形顯著改善了其改性膜層的表面結(jié)構(gòu)、硬度、膜基結(jié)合力、耐腐蝕性、生物摩擦學(xué)及生物相容性等性能，這主