一种制备仿生生物活性钙磷涂层的新方法

提出了一种在导电材料表面制备仿生生物活性钙磷涂层的新方法，即首先经阴极声电化学处理材料使表面带上含钙离子的功能化基团，然后浸入过饱和溶液，钙磷晶体在功能化表面上发生异相成核生长，从而形成薄膜或涂层。根据该方法，成功地在碳／碳复合材料表面制备了仿生五水磷酸八钙涂层，实现了生物惰性碳／碳复合材料表面生物活化改性。     

钛合金表面织构化与构建生物活性涂层的研究进展

医用钛合金作为临时基质的植入材料对周围新组织的生长具有特殊的诱导作用。针对椎弓根螺钉固定系统对钛合金基材表面机械性能和生物活性的共同需求,表面织构与生物活性涂层对钛合金表面的改性展示出独特的优越性。文中详细介绍了钛合金表面织构化对其摩擦学性能和生物相容性的影响,以及构建生物活性涂层的种类;总结了钛合金表面织构的作用机理,生物活性涂层的改善机制,阐述了表面织构化与构建生物活性涂层各自的局限性,并指出钛合金作为生物医用材料仍需要解决的问题及未来的研究趋势。     

等离子喷涂人工骨涂层材料

等离子喷涂是一种常用的生物医用材料表面改性技术,被广泛应用于钛等金属人工骨的表面改性.为了满足人工骨涂层的临床应用需要,近年来发展了一些新的涂层材料和后处理工艺技术.利用火焰蒸汽处理技术对等离子喷涂羟基磷灰石涂层进行后处理,提高了涂层的结晶度,降低其在体液中的降解.经碱处理的等离子喷涂钛涂层,生物活性有了明显的改善.等离子喷涂硅灰石和硅酸二钙陶瓷是一类不同于传统磷酸钙系的新型生物活性材料,其性能和结构已被初步研究.同时介绍了等离子喷涂人工骨涂层材料在这几个方面的近期研究进展.     

碳/碳表面改性电沉积工艺制备磷酸钙涂层

碳/碳复合材料具有优良的机械性能,是矫形外科和齿科领域一种很有潜力的医用生物材料.为了使它具有生物活性,本文通过一种施加超声波的新电沉积方法,声电沉积法,在其表面制备了磷酸钙生物活性陶瓷涂层.我们的实验结果表明,通过该工艺可获得致密、结合力改善的磷酸钙生物活性涂层,而且该工艺无需精确控制阴极表面产生的氢气.此外,本工艺还为具有优越力学性质的生物相容性导电材料表面制备生物活性磷酸钙涂层提供了一种新的选择.     

碳/碳表面改性电沉积工艺制备磷酸钙涂层

碳/碳复合材料具有优良的机械性能,是矫形外科和齿科领域一种很有潜力的医用生物材料.为了使它具有生物活性,本文通过一种施加超声波的新电沉积方法,声电沉积法,在其表面制备了磷酸钙生物活性陶瓷涂层.我们的实验结果表明,通过该工艺可获得致密、结合力改善的磷酸钙生物活性涂层,而且该工艺无需精确控制阴极表面产生的氢气.此外,本工艺还为具有优越力学性质的生物相容性导电材料表面制备生物活性磷酸钙涂层提供了一种新的选择.     

可生物降解镁及镁合金表面改性研究进展

生物医用镁及镁合金可降解吸收,具有良好的生物相容性,弹性模量与人体骨接近,是理想的人体植入物材料。在体液环境中,医用镁合金腐蚀速率较快,常常导致植入物过早失效。对镁合金表面进行适当改性,可调控合金降解速率、提高生物相容性。最常见的表面改性方法是在镁合金表面生成保护性涂层,这些涂层主要包括可降解高分子涂层和一些无机涂层。综述了近几年可生物降解镁及镁合金的表面改性涂层及改性技术的最新研究动态,探讨了镁及镁合金表面制备无机涂层和可降解高分子涂层的一些改性方法;简要介绍了阳极氧化、微弧氧化、离子注入、溶胶-凝胶、等离子喷涂及化学沉积等表面改性方法的原理,并比较其优缺点;提出了可生物降解镁及镁合金表面改性涂层研究中面临的问题,并展望了未来发展方向。     

可降解锌基骨植入材料及其表面改性研究进展

医用锌及锌合金有望成为新一代可降解骨植入物材料来促进骨缺损的修复。概述了可降解医用锌基材料的优势,包括较好的生物安全性和抗菌效果、能促进植入部位周围血管和新骨的生成以及骨相关基因的表达能力。在此基础上,从基底材料、细胞种类及实验结果等方面系统总结了近年来关于可降解医用锌基材料生物相容性和降解行为的研究。同时,归纳了可降解医用锌在临床修复骨缺损方面所面临的主要问题和挑战,包括较差的力学性能和较强的细胞毒性。可降解医用锌较差的力学性能可以通过合金化进行改善,概述了多种新型医用锌合金的力学性能及其生物相容性。表面改性是提高可降解医用锌基表面生物相容性和调控降解的有效手段。从基底样品、表面改性手段、使用的细胞或动物模型以及细胞相容性和降解行为等方面,综述了近年来可降解锌基骨植入材料表面改性的研究现状,提出了可降解锌基骨植入材料表面改性目前所面临的难点问题,包括传统表面改性手段加剧了锌离子的释放或在表面改性后可降解医用锌的生物相容性改善功效不足,以及未来的发展方向。     

医用钛合金羟基磷灰石涂层的研究动态

医用钛合金如Ti6A14V等广泛应用于硬组织的替换与修复领域,但是属于生物惰性材料.采用表面改性技术在钛合金表面沉积生物活性羟基磷灰石涂层可改善合金表面的生物活性和生物相容性.本文综述了钛合金表面的羟基磷灰石制备技术的研究动态.     

生物医用钛植入体表面微纳结构与生物活性离子对生物相容性影响研究综述

生物医用钛植入体的表面微观形貌及化学组成作为影响植入体生物相容性的重要因素,决定了植入的稳定性和使用寿命,得到广泛研究,对钛植入体的表面改性研究现状进行系统梳理变得极为重要。针对钛植入体表面微纳米复合结构的构建及添加典型生物活性离子的研究现状进行综述,以及二者的结合对促进细胞黏附、增殖、分化和促进动物体内成骨的协同效应,简述微纳米复合结构对细胞行为的内在调控机制。结果表明,钛植入体表面的微纳米复合结构及生物活性离子对细胞的行为均表现出积极作用,兼具二者的植入体能够更好地促进细胞的黏附、增殖及分化,植入动物体内后更有利于植入体与周围组织的骨性整合。最后,根据当前生物医用钛植入体表面改性研究中存在的抗菌性能较差、对细胞的影响机制不明确等问题,提出植入体在表面改性领域的研究趋势。提出了钛植入体表面改性领域微纳结构构建和生物活性离子添加的研究现状和未来的发展方向,填补了钛植入体表面改性领域目前缺少综述文章来引领的空白,可为未来钛植入体的表面改性的发展提供借鉴。     

表面硅化对C／C复合材料组织结构的影响

采用表面固相渗硅工艺在Ｃ／Ｃ复合材料表面制备ＳｉＣ涂层,研究了制备工艺对涂层和Ｃ／Ｃ复合材料组织结构的影响。经瓜时间对Ｃ／Ｃ复合材料的ＳｉＣ涂层厚度影响不大;Ｃ／Ｃ复合材料组织中热解碳基体与碳纤维相比,更易与Ｓｉ反应生成ＳｉＣ说明碳纤维的稳定性热解碳,Ｓｉ通过界面和材料缺陷扩散深入基体内部。     

Selective laser melting of a stainless steel and hydroxyapatite composite for load-bearing implant development

Selective laser melting (SLM) is emerged as a new manufacturing technique to directly fabricate customised implants using metallic materials. This technique is also capable of processing powder mixtures to generate advanced composites offering desirable properties. In this research, the SLM technique was used to directly fabricate hydroxyapatite (HA) and 316L stainless steel (SS) powders mixture with an objective to develop load-bearing and bioactive implants. SLM processing parameters were identified to fabricate pure SS and SS/HA composite specimens. The visual inspections, density measurements, tensile and hardness tests, and microstructural examinations was conducted to illustrate the effect of SLM parameters and HA particles on the properties of SS/HA composites. It was found that the incorporation of HA particles influenced SLM processing parameters including laser power, scanning speed and scanning procedure. A duplication of scanning procedure was necessary to avoid the balling effects and to form well joined SS/HA composite layer. The highest tensile strength of SS/HA parts produced at optimum processing parameters was close to human bone tensile strength and adequate for load-bearing bone implants. Moreover, the SS/HA part had a finer grain size than that of the SS attributed to the HA particles as nuclei to assist heterogeneous nucleation. These finer grains enhanced the hardness of the SS/HA part.     

An experimental bone defect healing with hydroxyapatite coating plasma sprayed on carbon/carbon composite implants

Hydroxyapatite coatings with proper thickness were coated on fusion-cage-like carbon fiber reinforced carbon composite implants for bone tissue reconstruction by the plasma spraying technique. Autogenously bone filled fusion-cage-like implants were grafted in hybrid goats' tibia for 328 days. By means of X-ray photography, histological observation and scanning electron microscopy, the biological behaviors of the coating were compared with the pure carbon fiber reinforced carbon composites and the bone defect healing effect of the implants was evaluated. The results indicated that hydroxyapatite coating has more obvious osteoconductive effect than the pure carbon fiber reinforced carbon composites with surface bioinert. The calcium and phosphorus ions leached from HA provide a suitable biological mineralization environment that accelerates the metabolism of bone, the osteoblast differentiation and collagen synthesis. The coating can significantly speed up the bone defect healing process and improve the surface bioactivity of carbon fiber reinforced carbon composites.     

微弧氧化—水热合成生物活性二氧化钛层的结构与性能

在钛合金基体上通过微弧氧化形成含钙和磷的二氧化钛层，再经过水热合成转化为含羟基磷灰石的生物活性二氧化钛层，该膜层结合强度高，而且是多孔和均匀的。因此，该方法很适合钛合金植入体的生物活性表面改性。     

Tantalum—A bioactive metal for implants

Metallic biomaterials currently in use for load-bearing orthopedic applications are mostly bioinert and therefore lack sufficient osseointegration. Although bioactive ceramics such as hydroxyapatite (HA) can spontaneously bond to living bone tissue, low fracture toughness of HA limits their use as a bone substitute for load-bearing applications. Surface modification techniques such as HA coating on metals are current options to improve osseointegration in load-bearing metal implants. Over the last few decades researchers have attempted to find a bioactive metal with high mechanical strength and excellent fatigue resistance that can bond chemically with surrounding bone for orthopedic applications. Recent in vitro, in vivo, and clinical studies demonstrated that tantalum is a promising metal that is bioactive. However, tantalum applications in biomedical devices have been limited by processing challenges rather than biological performances. In this article, we provide an overview of processing aspects and biological properties of tantalum for load-bearing orthopedic applications.     

电流密度对声电沉积生物活性透钙磷石涂层结构和形貌的影响

通过声电沉积工艺在碳／碳复合材料表面制备了生物活性透钙磷石涂层，采用SEM、FFIR、XRD研究了超声场中电流密度对涂层组成结构和形貌的影响。发现在一定工艺条件下，随电流密度增加，涂层的平均晶粒尺寸减小，致密度增加；当电流密度小于l0mA／cm^2时涂层形貌为片状，l0mA／cm^2-26mA／cm^2时为粒状，32mA／cm^2时为花菜心状。且涂层中透钙磷石晶体的择优取向也发生变化，择优晶面依次为(021)、(111)、(220)。同时还讨论了涂层微观结构变化机理。     

Enhancing osseointegration using surface-modified titanium implants

Osseointegrated dental implants are used to replace missing teeth. The success of implants is due to osseointegration or the direct contact of the implant surface and bone without a fibrous connective tissue interface. This review discusses the enhancement of osseointegration by means of anodized microporous titanium surfaces, functionally macroporous graded titanium coatings, nanoscale titanium surfaces, and different bioactive factors.     

放电等离子烧结技术制备(Ti-35Nb-7Zr-5Ta)-15HA复合材料微观组织的演变及生物活性

为了提高生物材料的生物活性并降低弹性模量,利用放电等离子烧结技术制备(Ti-35Nb-7Zr-5Ta)-15HA生物复合材料,研究不同烧结温度(950～1150℃)对复合材料相对密度、微观组织演变、力学性能及生物活性的影响。结果表明:随着温度的升高,复合材料相对密度从87.6%提高到97.5%;复合材料主要由β-Ti相、α-Ti相及陶瓷相,如Ti₂O、CaZrO₃、CaO、Ti₅P₃和Ca₃(PO₄)₂等组成;复合材料的弹性模量为30～95 GPa、抗压强度为593～1978MPa,而且随着烧结温度升高呈增大趋势;同时,在模拟体液中浸泡14d后,复合材料表面能够获得类骨磷灰石,显示出良好的生物活性,但随着温度的升高,类骨磷灰石含量不断减少。因此,950℃下烧结的(Ti-35Nb-7Zr-5Ta)-15HA生物复合材料是潜在的良好的生物植入材料。     

聚醚醚酮骨植入体生物改性研究进展

聚醚醚酮是一种热塑性材料,凭其良好的生物相容性和X射线可透射性,被广泛用于生物医学领域。而PEEK骨植入体与人体骨骼强度存在一定差距,与人体骨组织结合能力较差和抗菌性能等不足,使其在生物领域的应用受到了限制。为了使PEEK更好地应用于人体骨植入领域,获得优异生物性能的PEEK骨植入体已成为研究的重点。概述了PEEK的加工技术、力学性能、骨整合性能和抗菌性能的研究。在此基础上,重点综述了近年来提高PEEK骨植入体力学性能与生物性能的各种改性方法的研究进展。在力学性能方面,对PEEK常用的填充材料碳纤维进行了概述,由于PEEK与碳纤维界面结合强度影响其整体力学性能,重点介绍了提高其结合强度的改性方法。在骨整合性能方面,对钛、二氧化钛和羟基磷灰石涂层材料及喷涂方法进行了概述,以及对等离子喷涂、喷砂、激光蚀刻和浓硫酸刻蚀表面处理方法的优缺点进行了分析。在抗菌性能方面,银离子释放浓度过高时会导致细胞毒性,重点阐述了如何控制银离子释放速度的研究。最后展望了PEEK骨植入体加工和改性的未来发展方向。