医用钛金属表面修饰及性能研究

发布时间：2020-10-28 15:49

　　 采用先微弧氧化,再沉积羟基磷灰石的方法,对钛表面进行修饰。研究不同羟基磷灰石浓度、水热温度、水热时间、及冷却时间四种工艺条件下,钛表面形貌特征的变化。扫描电镜结果显示,在羟基磷灰石浓度为27.5 g/L、水热8 h,水热温度180°C情况下,钛金属表面羟基磷灰石均匀沉积;冷却时间延长,钛金属表面羟基磷灰石膜层增厚,粗糙度下降。将人永生化角质形成细胞(HACAT)接种于钛金属表面,采用F-actin染色及CCK-8检测观察细胞形态及增殖能力。共聚焦显微镜观察发现HACAT细胞在修饰后钛片表面增殖较快;CCK-8检测表明早期黏附于修饰后钛片表面的细胞较多(P0.05)。该方法可提高医用钛金属表面活性,增强其与组织的结合能力。
【部分图文】：

n，加入100nM鬼笔环肽染液避光染色30min，清洗30s，再加入Hoechst33258染液，染色5min，清洗3次。激光共聚焦显微镜观察表面细胞生长情况。1．2．3细胞增殖状态检测分别于24h、72h加入适量10%PBS冲洗钛片，再加入1mL培养基和100μLCCK-8溶液，孵育2h后，分别吸出100μL液体于酶标仪450nm读取OD值(n=4)。2结果与讨论2．1水热法纳米羟基磷灰石沉积工艺研究在四种羟基磷灰石溶液浓度:12．5，20．0，27．5，35．0g/L，水热处理温度设定为180℃，水热处理时间为8h，冷却时间为8h时，钛金属表面羟基磷灰石覆盖量不同，如图1。当浓度为12．5g/L时，只有少量球状羟基磷灰石晶体分散附着于钛片表面;但当浓度到20．0g/L时，钛片表面被球状的羟基磷灰石晶体覆盖，可以观察到晶体的颗粒较大，分布较均匀;浓度为27．5g/L时，钛片表面被小球状的羟基磷灰石均匀的覆盖;浓度达到35．0g/L时，钛片的表面已经形成了较为厚实的膜层，孔密度下降，孔径变小，粗糙度降低。EricaPalin等研究发现金属表面纳米结构的粗糙度和黏附蛋白的大小及细胞膜表面受体结合直接相关，它在促进成骨细胞分化及组织再生方面发挥重要作用［14］。可见，在羟基磷灰石浓度为27．5g/L时沉积效果最好。在27．5g/L浓度的羟基磷灰石溶液，水热处理时间为8h，冷却时间为8h，分别在140，160，180，200℃下对试样进行恒温水热处理时，140℃反应后钛片表面基本上没有羟基磷灰石的沉积，如图2A。当温度为160℃时，钛片表面可以观察到分布较为均匀的颗粒状沉积，但是还未铺满整个钛片表面。当温度达到180℃的时候，羟基磷灰石颗粒已经遍布整个钛片。而当水热处理温度达到200℃时，沉积的颗粒集聚成团，分散性差，钛片的表面部分裸露。故水热处理温度宜在180℃。在27．5g/L浓度的?

小球状的羟基磷灰石均匀的覆盖;浓度达到35．0g/L时，钛片的表面已经形成了较为厚实的膜层，孔密度下降，孔径变小，粗糙度降低。EricaPalin等研究发现金属表面纳米结构的粗糙度和黏附蛋白的大小及细胞膜表面受体结合直接相关，它在促进成骨细胞分化及组织再生方面发挥重要作用［14］。可见，在羟基磷灰石浓度为27．5g/L时沉积效果最好。在27．5g/L浓度的羟基磷灰石溶液，水热处理时间为8h，冷却时间为8h，分别在140，160，180，200℃下对试样进行恒温水热处理时，140℃反应后钛片表面基本上没有羟基磷灰石的沉积，如图2A。当温度为160℃时，钛片表面可以观察到分布较为均匀的颗粒状沉积，但是还未铺满整个钛片表面。当温度达到180℃的时候，羟基磷灰石颗粒已经遍布整个钛片。而当水热处理温度达到200℃时，沉积的颗粒集聚成团，分散性差，钛片的表面部分裸露。故水热处理温度宜在180℃。在27．5g/L浓度的羟基磷灰石溶液，水热处理温度为180℃，对试样进行水热处理，水热处理时间分别为1，4，8，11h，冷却时间为8h时，不同时间钛片表面羟基磷灰石的覆盖量不同，图1不同羟基磷灰石浓度对钛片表面形貌影响图2水热温度对羟基磷灰石沉积影响如图3。处理1h时，膜层表面没有羟基磷灰石生成;处理4h时，可以看到有少量球状晶体生成;处理时间达到8h时，可见球状晶体已经铺满整个钛片的表面，且分布较为均匀，有一些颗粒较大的晶体附着在涂层表面。当处理时间达到11h，羟基磷灰石的膜层近于平整，但涂层较厚，粗糙度下降。在27．5g/L浓度的羟基磷灰石溶液，水热处理温度为180℃，对试样进行水热处理，水热处理时间为8h，冷却时间分别为2，5，8，11h。当冷却时间小于5h时，钛片表面基本上没有晶体产生，如图4。这是由于冷却时间较短时，反应釜?

70图3水热时间对羟基磷灰石沉积影响图4冷却时间对羟基磷灰石沉积影响Demetrescu等采用电化学阳极氧化法在室温，20V恒定电压条件下，处理钛金属2h后获取钛表面纳米微孔结构，并比较其与自然形成钛氧化膜对细胞功能的影响。实验表明阳极氧化法处理的钛金属表面更有利于细胞黏附增殖，抗腐蚀性更好［6］。Khang等研究纳米孔径、亚微米孔径及平滑钛金属表面对成骨细胞及血管内皮细胞黏附能力表明，纳米级及亚微米级孔径可增加钛金属表面能，从而促进细胞黏附［15］。这与我们的研究结果相一致。图5c图为微弧氧化-水热法沉积羟基磷灰石后形貌观，可见纳米羟基磷灰石颗粒沉积于材料表面，并且均匀分布在微孔周围，增加了表面粗糙度和生物传导性。2．3细胞在修饰后钛金属表面的生长图6中，HACAT细胞分别培养1，3d后在材料表面增殖状态及形态变化。HACAT细胞在处理、未处理钛片表面形貌结构正常，细胞呈多边形，在1d时呈集落状生长。未处理钛片组表面细胞数目明显少于微弧氧化-水热法处理钛片组。3d时可见细胞大片铺满整个钛片，未处理组细胞数目仍然少于处理组。经微弧氧化-水热法处理钛片组表面黏附细胞高于未处理组(P＜0．01)，处理组和未处理组钛片表面细胞数目有统计学差异。可图5未处理组、微弧氧化处理组和微弧氧化-羟基磷灰石沉积表面形貌观察见处理后钛片表面多孔结构有利于细胞黏附增殖。图6激光共聚焦显微镜观察细胞骨架染色及CCK8检测细胞增殖(n=4)3结论研究表明，在羟基磷灰石浓度为27．5g/L、水热处理8h，水
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本文编号：2860292