钛及钛合金植入体表面微纳结构制备技术及生物性能研究进展

对国内外医用钛及钛合金植入体表面微纳结构制备技术的研究现状进行综述。介绍了喷砂、微切削和激光等机械加工方法,等离子喷涂、溅射等物理方法,酸蚀、碱热处理、阳极氧化等化学处理方法在钛及钛合金植入体表面制备的微纳结构,概述了微纳结构对钛及钛合金植入体生物相容性的影响。最后,总结各种制备方法的优劣,并结合目前医用钛及钛合金植入体表面微纳结构研究中存在的问题,指出了植入体表面微纳结构制备方法的发展趋势。     

医用钛合金表面形貌与成分对生物相容性影响研究综述

生物医用钛合金表面物化特性作为影响细胞生物学行为的关键因素,决定了骨-植入体之间的结合质量和速率。针对作者所在研究小组在钛合金表面改性技术研究中所取得的一系列进展进行了综述。在表面形貌制备方面,利用喷砂、激光和微细铣削等机械加工方法和酸蚀、碱热处理、阳极氧化等化学处理方法,在钛合金表面获得了微纳米双级结构。在表面化学成分方面,采用离子置换的方式在微纳米结构表面植入生物活性离子,通过富氧切削方式改善表面钝化膜的质量。通过电化学腐蚀试验和一系列体外细胞培养实验,验证各表面物化改性方法对钛合金植入体生物相容性的影响。研究表明,微纳米结构化的表面能够提高材料表面的亲水性,促进细胞的粘附、增殖和矿化等,而植入生物活性离子后与微纳结构表面产生了协同效应,进一步增加了其生物相容性。此外,在富氧加工气氛下,钛合金表面的氧化膜厚度相比自然条件下加工有明显增加,提高了生物相容性,同时耐腐蚀性也得到显著增强。     

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。     

激光成形制备生物医用钛合金材料研究进展

激光成形制造技术是在快速原型技术的基础上结合激光加工技术发展起来的一项高新制造技术.它能够通过不同的加工方式调整结构及功能零件的性能,满足复杂致密或者多孔钛合金生物医用材料的成形需求,实现医用钛合金零件的个性化设计和制备,因此在医用钛合金人工肢体和植入体领域方面具有巨大的应用潜力.目前在制备生物医用钛合金材料领域研究较多的激光成形制造技术主要有激光立体成形和选择性激光烧结/熔化.本文综述了这两种激光成形制造在生物医用钛及钛合金制备方面的应用情况和研究现状,并指出了该领域未来的发展趋势.     

表面工程应用实例[例23] 钛合金植入体等离子体表面改性

钛及其合金具有比重小、弹性模量与人体骨组织较匹配以及优良的耐腐蚀性和生物相容性等优点,是目前应用最为广泛的生物医用金属材料,常用作人工骨、人工关节、种植牙、种矫形组件等.但相对人体组织而言,钛植入体仍然是外体材料,不能完全为人体接受,其生物惰性、金属离子的释放和磨粒的形成,都会影响到植入体的正常使用效果.因此,对钛合金植入体进行表面改性,优化其表面性能,可有效改善其植入效果和使用寿命.     

Ti6Al7Nb植入材料的表面结构,组成和性能

钛及钛合金是通用植入材料之一,尤其在牙科、矫形外科和人工骨方面,获得了广泛的应用．植入件与它的生物环境的相互作用、植入件与生物组织之间的界面形成、生物体中长期整合成功或失败,都与植入件的表面性能密切相关．在钛作为植入件的情况下,就与它的表面氧化层密切相关．植入件表面的物理化学性能,例如显微结构、缺陷、粗糙度、沾污层、表面能和表面电荷,在分子尺度上对表面／生物分子相互作用的类型和相互作用的程度都有重大影响．钛氧化物的电化学行为是确定表面蛋白质吸收动力学的几种因素之一．业已证明,生物材料（金属、氧化…     

西北院生物所在医用金属材料表面去合金活化领域取得重大突破

<正>随着人体硬组织病变、损伤、缺损临床修复病例逐年剧增,硬组织植入类医疗器械得到广泛应用。钛及钛合金由于自身无毒、质轻、耐腐蚀、生物性能优异的特性,已经成为临床治疗的首选材料。但钛及钛合金缺乏生物活性,通常需要通过表面改性处理赋予植入体诱导组织快速愈合并实现长期稳定服役。传统表面改性技术通常是在植入物表面形成一层"加法"涂层,涂层与基体之间存在界面,且涂层在手术过程中或服役时可能会松动或剥落,进而影响植入体治疗效果甚至导致手术失败。     

医用钛合金及其表面活化的研究现状

医用Ti合金具有良好的力学性能、耐腐蚀性能和生物相容性,在医学临床上获得广泛应用,但是其耐磨性能和生物活性等方面仍不够理想,耐腐蚀性能也有待于进一步提高.开发具有更佳综合性能的医用钛合金,或对现有成熟医用钛合金进行表面改性是解决上述问题的有效途径.本文综述了医用钛合金的发展及其存在的问题和表面活化研究进展,并对医用Ti合金的表面活化的前景进行了展望.     

生物医用植入钛及钛合金的力学性能研究及进展

生物医用植入纯钛具有低密度、优越的耐蚀性、无致敏性和良好的生物相容性，而医用植入钛合金还具有高比强度、较低的弹性模量及易加工等优良特点。所以生物医用植入钛及钛合金已成为外科植入件优选的替代材料。本文重点介绍了人体硬组织修复与替换材料新型钛合金的生物相容性、力学性能、合金添加元素对力学性能的影响和最新研究进展，并指出了未来研究的发展方向。     

钛合金植入体表面微纳结构构建及其生物活性（英文）

医用植入物的表面改性是改善细胞行为、提高植入体骨整合的一种有效方法。通过激光加工及多重酸蚀在钛合金表面制备出微纳复合结构。采用SEM对钛合表面形貌进行表征。通过对不同表面形貌的植入体进行体外细胞培养,观察羟基磷灰石的形成、细胞形态及细胞粘附,分析不同表面形貌的生物活性。结果表明:微米结构表面能够促进成骨细胞粘附与铺展;与微米结构表面相比,微纳复合结构表面更有利于细胞粘附与伸展。微纳复合结构能够提高钛合金植入体的生物活性及骨整合能力。     

钛及钛合金表面强化技术

介绍了钛及钛合金的表面强化处理技术，综合评述了钛及钛合金表面氮化、渗碳和激光熔覆技术的发展现状。根据目前的研究趋势指出：今后对钛及钛合金表面强化处理技术，应结合各种工艺技术的特点制备多层复合涂层，以及涂层 渗层的思想进行研究。作者认为，降低表面改性层处理成本，使表面处理工艺更加简单．同时综合多种表面处理技术的优点，提高表面改性层的综合性能是钛及钛合金表面强化技术今后的研究方向。     

钛及钛合金渗硼技术的发展

介绍了近年来研发的提高钛及钛合金表面硬度和耐磨性的渗硼方法,包括气体渗硼、液体渗硼、固体渗硼、膏剂渗硼和等离子渗硼等。讨论了上述渗硼方法所获得的渗层的显微结构和性能及其应用范围。比较了各种渗硼方法的特点。展望了钛合金渗硼技术的发展和应用前景。     

超声深滚对TC4钛合金表面形貌和表面粗糙度的影响

研究了采用超声深滚处理（UDR）对钛合金（TC4）试件表面形貌和表面粗糙度的影响.采用扫描电子显微镜观察分析了超声深滚处理前后的试件表面形貌,采用表面粗糙度仪分析研究了强化处理前后的表面粗糙度变化.结果表明,超声深滚处理可以显著降低机加工痕迹,消除表面微损伤,大幅降低表面粗糙度,可使表面粗糙度由Ra 2.32 m降低到Ra 0.11 m.     

纯Ti纳米结构表层的探讨

利用表面机械处理技术在纯钛表面制备出50μm厚纳米表面层，采用金相显微镜(OM)、透射电镜(TEM)研究了处理层的微观结构。随着应变增加，晶粒逐渐细化。晶粒的细化机制为：孪晶的形成和孪晶碰撞；孪晶转变成取向不同的片状晶；片状晶转变成含有位错的胞状晶、取向不同的小角度块状晶以及取向不同的多边形亚细晶；亚细晶和片状晶转变成纳米晶。微观结构观察证实了动态再结晶促使晶粒细化。     

日本建材用钛的表面处理技术进展

概述了钛建材的市场，介绍了日本钛板生产商针对建材用钛开发的各种表面处理法，如表面精加工、着色技术及新法表面处理技术的进展。     

钛的激光渗氧硬化研究

研究了钛及其合金的激光渗氧硬化方法。对工业纯钛的初步试验结果表明,用激光进行固态扩散渗氧处理可以明显改变钛表层组织、硬度和耐磨性。该方法在某零件上的试用效果良好。     

钛合金抗微动损伤的研究进展

钛合金对微动磨损和微动疲劳非常敏感,严重限制其推广应用。采用表面处理提高钛合金的抗微动损伤性能获得了良好效果。本文综述了表面涂覆技术、表面改性技术和复合表面处理技术等提高钛合金的抗微动损伤性能的研究进展,概述了表面处理提高钛合金微动损伤的机理,并展望了其未来的研究重点。     

钛及钛合金的激光表面改性研究现状

硬度低、耐磨性能差是制约钛合金发展的关键问题,而激光表面改性处理是解决这一问题的有效途径。结合近年来激光表面改性处理的研究进展,综述了激光表面处理的影响因素,激光表面处理表层的组织、性能及缺陷控制,并指出了目前存在的问题和今后研究的重点方向。     

多孔钛表面改性对其蛋白质吸附行为的影响

考察了酸碱处理多孔钛、碱热处理多孔钛及未改性多孔钛对牛血清白蛋白的等温吸附行为,探讨了多孔钛表面改性对其蛋白质吸附性能的影响。并通过扫描电子显微镜、X射线衍射仪、台阶仪、接触角测量仪等分别考察了3种样品表面形貌、相组成、粗糙度及润湿性等性质。结果表明,表面改性后多孔钛的表面形貌、相组成、粗糙度及润湿性等性质均发生了明显改变,蛋白质吸附性能得到了显著提高。     

BT9钛合金碳元素激光表面合金化组织研究

为提高ＢＴ９钛合金的耐磨性利用碳对其进行激光表面合金化制得了以ＴｉＣ为增强相的快速凝固“原位”耐磨复合材料表面改性层。研究了碳激光表面合金化工艺参数对ＢＴ９钛合金激光表面嘱性层显微组织和硬度的影响。结果表明,碳激光表面合金化技术是一种提高钛合金耐磨性的很有前途的表面改性新技术。