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真空冷喷涂制备生物功能化羟基磷灰石复合涂层研究

发布时间:2018-06-24 02:17

  本文选题:医用钛材 + 羟基磷灰石 ; 参考:《青海大学》2017年硕士论文


【摘要】:随着生物医学及材料的飞速发展,新型生物材料的研发已逐渐成为生物医学领域的研究重点。钛及钛合金因其展现的优异生物相容性、力学特性和抗腐蚀性等,目前已在医用植入体领域得到了普遍的应用。然而钛材具有生物惰性,无法与周边骨组织形成有效的骨整合,从而导致植入失败。因此,改善钛材表面性能具有重大临床应用的现实意义。羟基磷灰石(hydroxyapatite,HA)涂层因其优异的生物学性能,而被普遍的用于钛材表面改性。但是,单纯HA涂层仍然存在诸多问题。功能化羟基磷灰石涂层不但可以保留羟基磷灰石优良的生物学性能,而且可以根据特定临床应用需求而改善相关性质,如涂层力学、生物相容性和抗细菌感染等性质。本论文主要研究新型HA基复合粉末及其钛材表面涂层的制备与生物学评价,为新型HA基复合材料在临床应用提供基础数据。本论文的主要研究内容和结论包括:(1)HA基复合粉末的制备采用HA粉末、ND及具有高效诱导成骨活性的BMP2为原料,制备了HA/ND-BMP2复合粉末;同时利用HA及和具有优异抗菌性能的GS,制备了HA-GS复合粉末。结果表明,采用氧化修饰法成功的在ND表面修饰了羧基基团,BMP2通过静电力等的相互作用而成功负载于ND上。(2)生物功能化纳米金刚石/HA复合涂层的构建利用VCS技术在室温条件下成功沉积了HA涂层及HA-ND、HA-ND/BMP2复合涂层,粉末的物相成分及纳米结构均完整的保留在了复合涂层中,涂层具有较为致密的结构,厚度约为40-50μm,XPS的结果证明了复合涂层中BMP2的存在。HA-ND复合涂层中添加入0.1 wt.%ND后,涂层的维氏硬度、弹性模量及抗摩擦磨损的性能均得到了提高。细胞贴附和MTT的结果表明,HA-ND及HA-ND/BMP2复合涂层无细胞毒性,且具有良好的生物相容性,同时BMP2的加入显著的促进了细胞的贴附、铺展等行为,表明VCS技术成功的保留了BMP2的骨诱导活性。(3)具有长效抗菌性能和良好生物相容性的HA基复合涂层的构建采用VCS技术制备了HA-GS复合涂层,XPS结果证明了粉末和涂层中GS的存在。药物释放实验表明,HA-GS复合涂层能够长期、缓慢的释放GS。HA-GS复合涂层及药物释放实验后的HA-GS复合涂层的抗菌率分别为98.08%及93.91%,因此HA-GS复合涂层不仅能够长期缓慢的释放GS,同时也能起到长期的抗菌作用。HA-GS复合涂层的细胞贴附及MTT的结果说明,该涂层也具有优良的生物相容性。
[Abstract]:With the rapid development of biomedicine and materials, the research and development of new biomaterials has gradually become the focus of biomedical research. Titanium and titanium alloys have been widely used in the field of medical implants due to their excellent biocompatibility, mechanical properties and corrosion resistance. Titanium, however, is biologically inert and cannot integrate effectively with the surrounding bone tissue, leading to the failure of the implant. Therefore, it is of great practical significance to improve the surface properties of titanium. Hydroxyapatite (HA) coating has been widely used in titanium surface modification because of its excellent biological properties. However, there are still many problems in HA coating. Functional hydroxyapatite coating can not only preserve the excellent biological properties of hydroxyapatite, but also improve the related properties, such as coating mechanics, biocompatibility and anti-bacterial infection. In this paper, the preparation and biological evaluation of new HA based composite powder and its titanium coating were studied, which provided the basic data for the clinical application of the new HA matrix composite. The main contents and conclusions of this thesis are as follows: (1) HA / ND-BMP2 composite powder was prepared with HA powder ND and BMP2 with high osteogenic activity. At the same time, HA and GSH with excellent antibacterial properties were used to prepare HA-GS composite powder. The results show that The carboxyl group BMP2 was successfully modified on ND surface by oxidation modification method and loaded on ND by electrostatic interaction. (2) Construction of biofunctionalized nano-diamond / HA composite coating at room temperature using VCS technique Ha coating and HA-NDN / ND / BMP2 composite coating were successfully deposited. The phase composition and nanostructure of the powder remained intact in the composite coating. The coating had a compact structure, and the thickness of the coating was about 40-50 渭 m XPS. The results of XPS showed that BMP2 existed in the composite coating. The addition of 0.1 wt.ND into the composite coating proved the existence of BMP2 in the composite coating. The Vickers hardness, elastic modulus and friction and wear resistance of the coating were improved. The results of cell adhesion and MTT showed that HA-ND and HA-ND / BMP2 composite coatings had no cytotoxicity and had good biocompatibility. The addition of BMP2 significantly promoted the adhesion and spreading of cells. The results showed that BMP2 osteoinductive activity was retained successfully by VCS technique. (3) the HA-GS composite coating with long-term antibacterial property and good biocompatibility was prepared by VCS technique. XPS results showed that GS existed in the powder and coating. The drug release test showed that the HA-GS composite coating could be used for a long time. The antibacterial rates of slow release GS.HA-GS composite coating and drug release HA-GS composite coating were 98.08% and 93.91%, respectively. Therefore, HA-GS composite coating not only released GS2 slowly for a long time, but also played a long-term antibacterial effect. The results of cell attachment and MTT showed that, The coating also has good biocompatibility.
【学位授予单位】:青海大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TG174.4

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