水热法制备多级微纳结构钛基磷酸钙复合涂层

发布时间：2020-02-12 01:47

【摘要】：钛及其合金与传统的医用金属材料相比,由于具有良好的理化性能、生物相容性和优异的加工性能,成为最具有发展前景的生物医学材料之一。但钛及其合金作为生物惰性医用材料,植入后难以与骨组织形成直接、有效的化学键合,使得结合强度较低,易发生松动,导致植入失败。研究表明材料表面形貌对骨组织愈合的速度和质量起着非常重要的作用,特别是具有多级微纳米结构的材料表面能模拟动物体内细胞生长环境,具有促进蛋白的吸附、细胞的粘附和分化的作用。因此,表面具有微纳米结构的材料将是未来种植体的发展趋势。而磷灰石作为人体中硬组织的主要无机成分,具有优良的生物相容性、生物活性和骨传导性。因此,在兼具微纳米结构的钛金属表面沉积磷灰石涂层,不但可以提高其生物相容性和生物活性,还能增强植入体和骨组织的键合。首先,本实验通过水热碱处理和水热酸处理的方法构建不同微纳结构的钛表面,并采用EDX、XRD、FTIR、SEM以及接触角测试等分析手段对其物理化学特性进行表征,接下来评价表面微纳结构对成骨细胞的响应行为。研究结果显示：(1)在180℃,200℃,240℃三个温度下分别制备了三种不同微纳结构的钛网表面,而且随着温度的提高,钛网表面纳米线长径比逐渐增大,而在240℃碱液蚀刻的纯钛表面形成了长度为5-10μm,宽度为50-200nm的纳米线,并且纳米线在顶部自组装形成三维宏孔结构,孔径大小为5-15μm,孔径深度为5-10μm。XRD及EDX分析显示纳米线成分主要为钛酸盐。碱液刻蚀后材料表面的亲水性大幅度提高,接触角从最初的900下降到120。(2)在钛网表面进行植酸酸刻蚀,形成排列整齐,宽度为101μm左右的定向三维沟槽结构,在微米级沟槽内部布满纳米孔和纳米台阶等结构,通过EDX、XRD和红外显示,三维沟槽结构钛网表面成分为纯钛。(3)细胞实验证明碱液蚀刻形成的微纳米结构表面生物相容性良好,无毒副作用。体外成骨细胞相容性研究表明微纳米结构表面能促进成骨细胞的粘附以及增殖,沟槽结构有利于成骨细胞的定向生长。其次,采用过饱和钙化液(ACS)仿生矿化的方法以及水热沉积矿化法在处理过的具有微纳结构钛表面沉积磷灰石涂层。研究结果表明：(1)将240℃处理的样品在ACS中通过提拉浸渍法预钙化后,在ACS中浸泡24h,可在微纳结构的钛表面制备磷酸八钙涂层并且磷酸钙晶体均匀的分布在具有微纳结构的钛表面；(2)把表面具有不同微纳结构的钛置于水热环境下,在小分子模板剂H6L的调控下,在钛表面原位生长具有不同形貌的羟基磷灰石晶体；钛表面的微纳结构和H6L的浓度可以调控羟基磷灰石的生长。用水热矿化的方法在钛表面沉积羟基磷灰石涂层,相比于人体模拟体液(SBF),ACS浸泡的方法,耗时短,并且能通过模板剂调控羟基磷灰石的生长。水热矿化沉积的方法用于羟基磷灰石涂层的制备具有广泛的应用前景。(3)细胞实验证明,沉积了羟基磷灰石涂层的钛表面更利于细胞的粘附及增殖。上述结果表明：通过对钛表面微纳结构的设计,涂层技术和涂层组分的控制,以及小分子调控的精确导向,能使钛基材料充分发挥其功能,从而达到促使缺损骨组织快速修复的目的。
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TG178;R318.08

【参考文献】