鈦基羥基磷灰石涂層的仿生制備與性能研究.pdf

1、骨損傷、大段骨缺失一直都是臨床醫(yī)學(xué)的難點，為此尋找符合要求的人工骨替代材料成為當(dāng)下研究的熱點。生物活性是生物材料與活體骨產(chǎn)生化學(xué)鍵合的能力，是衡量生物材料的一個重要指標(biāo)。目前生物醫(yī)用材料主要分為以羥基磷灰石（HA）為代表的生物陶瓷材料和以鈦合金為代表的生物金屬材料兩種。羥基磷灰石陶瓷的多孔結(jié)構(gòu)為成骨細(xì)胞的長入提供連通的三維生長環(huán)境，易與機(jī)體形成骨性結(jié)合，具有良好的生物相容性。但羥基磷灰石脆性高，生理負(fù)荷下易碎裂失效。鈦及鈦合金在生物醫(yī)用

2、金屬材料中擁有跟人骨最接近的彈性模量，其生物力學(xué)相容性很好。但鈦及鈦合金本身為惰性材料，基體一般需要活化。鈦合金表面引導(dǎo)磷酸鹽沉積的能力較差，其生物相容性有待加強(qiáng)。本文通過仿生礦化法制備了兼?zhèn)涠邇?yōu)點的HA/TC4復(fù)合試樣，研究了幾種主要的實驗因素對涂層形貌、生長速度和鈣磷比的影響，并對復(fù)合試樣的生物活性進(jìn)行了表征，這對新一代生物復(fù)合材料的研發(fā)具有重要的參考價值。
　　通過對照試驗考察了采用不同的前處理方式對羥基磷灰石鈣磷涂層形貌

3、的影響。結(jié)果表明，酸蝕和堿處理能夠在TC4表面形成多級微孔結(jié)構(gòu)，有利于HA的成核和生長。通過對沉積液pH值的變化規(guī)律和HA鈣磷涂層形成機(jī)理的分析得出了一些對后續(xù)實驗具有指導(dǎo)作用的結(jié)論，如沉積液的更換周期和利用pH值變化衡量涂層生長快慢的條件。借助X射線衍射分析和FTIR分析等檢測手段分析得出HA鈣磷涂層的主要成分為HA和CHA。
　　通過單因素實驗法研究了沉積液初始pH值、培養(yǎng)溫度和浸泡時間三個工藝參數(shù)對涂層生長速度、形貌和鈣磷比

4、的影響。結(jié)果表明，當(dāng)初始pH值和溫度在7.4和37℃左右兩個不同的連續(xù)區(qū)間內(nèi)變化時，其對實驗指標(biāo)的影響效果不近相同；對于涂層形貌而言，初始pH值越高，涂層越致密，均勻性越低；培養(yǎng)溫度越高，涂層越疏松；浸泡時間越長，晶粒越粗大。
　　生物材料是否具有骨誘導(dǎo)性的先決條件是能夠在人體生理環(huán)境中在其表面自發(fā)誘導(dǎo)類骨磷灰石的形成。本文通過配置標(biāo)準(zhǔn)模擬體液來模擬人體內(nèi)環(huán)境條件，以體外浸泡實驗的方式來驗證了我們制備的HA/TC4復(fù)合試樣的生物活

5、性。利用SEM掃描電鏡、XRD分析和EDS能譜分析等檢測手段證明只需要8d的時間，HA/TC4復(fù)合試樣就能完成類骨磷灰石的誘導(dǎo)成核和覆蓋生長，具有良好的生物活性。通過控制沉積液初始pH值、沉積時間、培養(yǎng)溫度獲得不同表面形貌的涂層。結(jié)果證明：沉積液初始pH=7.4時的晶粒尺寸明顯大于pH為6.4、8.4時，晶粒尺寸的增大隨即導(dǎo)致尺寸均勻性降低。隨著培養(yǎng)溫度的升高，晶粒變得粗大，生長速度加快，晶粒數(shù)目減少，導(dǎo)致涂層疏松化。浸泡時間越長，晶粒

6、尺寸進(jìn)一步長大，涂層也相對致密。
　　根據(jù)對涂層的裂紋分析，采取兩種方案對涂層的裂紋情況進(jìn)行改善：第一種是分多次沉積和多次干燥工藝，以此來降低裂紋的數(shù)目和尺寸，使涂層變得更加致密，但是會使涂層的HA晶粒分布的均勻性降低，第二種是采用三次沉積三次干燥的方式制備的涂層，提高涂層的致密性，減少裂紋。此外涂層的力學(xué)性能因其致密度的提高在一定程度上有所提高。涂層表面性能測試結(jié)果顯示：熱處理后涂層結(jié)合強(qiáng)度可達(dá)到13.41Mpa，并且涂層表面厚