CaB_6对激光熔覆生物陶瓷涂层组织和生物学性能的影响

为了提高医用钛合金表面激光熔覆羟基磷灰石(HA)涂层的植入稳定性和生物活性,将HA与CaB_6粉末充分混合,采用激光熔覆工艺制备了含硼元素的生物陶瓷涂层。通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、电化学腐蚀和体外模拟体液(SBF)浸泡实验,对涂层的物相组成、组织形貌、耐腐蚀性和生物活性进行了研究。结果表明,添加CaB_6后熔覆层中产生了物相B_2O_3和CaB_2O_4,同时熔覆层中部组织呈现有序分布的二次枝晶;腐蚀电位下降了294.46 mV,电流密度是未添加CaB_6的4.28倍;在体外SBF浸没实验中,添加CaB_6后,涂层表面沉积的磷灰石均匀分布,浸泡7 d后,形成的矿化磷灰石沉积量最大,涂层表现出较强的矿化作用。CaB_6的添加可以细化晶粒,显著提升生物陶瓷涂层的耐腐蚀性,加强涂层表面的矿化能力。     

生物玻璃涂层性能的研究

本实验所用涂层为磷硅酸盐玻璃系统,涂层以Sol-gel工艺制得.对该工艺制得的涂层于不同温度(700℃、800℃、900℃)下烧成后的各项性能进行比较,对涂层断面进行分析,以确定不同烧成温度下涂层-基体的界面状态.结果表明800℃烧成的涂层具有最好的综合性能:晶型简单;表面虽有裂纹存在,但基体并未裸露,实现了有效涂层的目的;层间扩散明显,涂层-基体界面处有良好过渡;与基体的结合强度高(2层为10.50MPa,4层为7.11MPa);在模拟体液(SBF)中浸泡30天后表面有大量羟基磷灰石(HA)生成,表明其具有良好的生物活性.     

溶胶-凝胶法在多孔钛表面制备二氧化钛生物涂层

室温下利用溶胶-凝胶法在多孔钛表面制备TiO2薄膜,并分别于不同温度热处理.利用电化学工作站测试不同温度煅烧后的TiO2薄膜在0.9%NaCl生理盐水中的耐腐蚀特性;利用XRD、SEM测试技术研究样品在模拟体液(SBF)内浸泡不同时间后的生物活性和显微结构.结果表明,600℃退火的TiO2薄膜的生物活性最强,只在SBF中浸泡10天就形成表面致密的磷灰石涂层,并且涂层的结晶细小而薄,没有破坏多孔钛的孔隙结构;800℃退火的TiO2薄膜因其最为致密,在生理盐水中的耐腐蚀性最好.     

微波辅助法制备镁合金的植酸镁/羟基磷灰石复合涂层及其耐蚀性能

采用微波辅助法在AZ31镁合金表面制备了植酸镁/羟基磷灰石(PA/HA)复合涂层。利用FESEM、EDS、XRD和电化学性能测试等方法表征涂层的表面形貌、物相组成以及耐蚀性能,探究了植酸溶液的pH值对PA/HA复合涂层形貌及耐蚀性能的影响,并通过浸泡实验研究了镁合金及PA/HA复合涂层在模拟体液(SBF)中的降解矿化行为。结果表明:在植酸预处理中,植酸溶液的pH=5.0时制备得到的PA/HA复合涂层表面均匀、无裂纹,与镁合金基底的界面结合良好;并且在此pH值下PA/HA复合涂层包覆镁合金样品的交流阻抗最大,自腐蚀电流密度最小,说明其耐蚀性最好。在SBF中,PA/HA复合涂层能够快速诱导磷灰石的生成,并显著提高镁合金基底的耐蚀性能。     

HAp/SiO2复合陶瓷材料的制备及体外生物活性

HAp和SiO2的混合粉末压制成型后,在1200℃下烧结得到含5.0%(质量分数)SiO2的HAp/SiO2生物陶瓷复合材料。烧结体的XRD及FT-IR分析结果表明,SiO2的添加促进了HAp发生热分解。其主要物相为α-TCP、HAp、Ca2P2O7以及生物玻璃(bioglass,BG)等。体外生物活性实验结果显示,样品浸泡在模拟体液(SBF)中24h后,表面出现花瓣状磷灰石沉积物,72h后进而生成板状沉积物,120h后在样品表面覆盖了较厚的类骨磷灰石层,经XRD测试分析表明,该层主要为碳酸羟基磷灰石(HCA)。制备的HAp-5.0%(质量分数)SiO2生物陶瓷复合材料具有比纯HAp更加优越的体外生物活性,可期待作为一种新的骨修复材料。     

微弧氧化/溶胶-凝胶法制备镁基羟基磷灰石复合涂层及性能研究

采用微弧氧化/溶胶-凝胶工艺,在AZ91D镁合金表面制备羟基磷灰石涂层,并研究了镁基羟基磷灰石涂层的形貌、结构、组成及其电化学性能。结果表明,微弧氧化电流密度为0.5A/cm2时,采用溶胶-凝胶法制备的涂层表面均匀、多孔且紧密;Ca/P摩尔比(1.70)高于溶胶配制的比例(1.67),是由于CO2-3替代了磷灰石晶格中的PO3-4所致。电化学测试结果表明,微弧氧化电流密度为0.5A/cm2时,羟基磷灰石涂层在Hank’s溶液中具有较低的腐蚀电流密度、较高的总阻抗和腐蚀电阻;浸泡实验表明该涂层有利于诱导磷灰石涂层的形成。     

预钙化处理后的钛表面磷灰石涂层的形成

本研究采用碱液处理钛样品 ,并进行预钙化处理 ,在模拟体液 (SBF)中浸泡 ,能在较短时间内形成表面致密的磷灰石涂层。碱液处理使钛表面生成了钛酸钠及氧化钛等物质 ,在SBF中浸泡时 ,会发生水解而使表面形成带负电的Ti OH基团。预钙化处理使带负电的钛表面由静电引力而聚集了大量的Ca2 + 离子。Ca2 + 能吸引带负电的HPO2 -4到达表面 ,从而使表面附近能在较短时间内达到钙 磷过饱和。Ca2 + 离子又能使表面附近的pH值增大 ,Ca2 + 离子和HPO2 -4离子的活度积就增大 ,从而刺激了磷灰石晶体的成核与长大 ,最终形成表面磷灰石涂层     

喷砂酸蚀处理促进Ti6Al7Nb表面钙磷沉积

研究了Ti、Ti6Al4V和Ti6Al7Nb 3种钛基材料在喷砂酸蚀处理后成骨细胞在其表面生长的生物活性。通过Al2O3喷砂和盐酸、硫酸混合物酸蚀的表面改性方法,在Ti、Ti6Al4V和Ti6Al7Nb3种钛基材料表面进行喷砂酸蚀处理,通过SEM观察样品的表面形貌,样品的表面呈现出微米级多孔形貌;将样品浸入模拟体液(simulated body fluid,SBF)中浸泡7,14和21 d后通过SEM、X射线衍射仪(XRD)分析样品表面沉积物的形貌、物相,样品浸入SBF 14 d后,Ti6Al7Nb表面最先观察到表面覆盖的羟基磷灰石涂层;样品浸入SBF 21 d后,Ti、Ti6Al4V和Ti6Al7Nb表面都观察到羟基磷灰石涂层。羟基磷灰石涂层有利于促进钛基植入体与体内骨组织的骨结合,喷砂酸蚀处理的Ti6Al7Nb表现出良好的生物活性。     

CaO-P2O5-SiO2溶胶凝胶玻璃在模拟体液中HCA层形成的研究

采用溶胶凝胶法制备了高硅含量的CaO-P2O5-SiO2系统玻璃.组成范围为(mol%)CaO13～18,P2O5 3～6,SiO2 78～83.样品采用体外溶液实验(in vitro)方法,在模拟体液(SBF)内浸泡不同时间.通过测定样品在SBF浸泡不同时间的溶液pH值变化,并对样品采用XRD、SEM等测试技术,研究了样品表面碳酸羟基磷灰石(HCA)层的形成机理及形貌变化.结果表明SiO2含量达78～83 mol%时玻璃仍具有很高的生物活性.玻璃表面在SBF中24 h内已开始形成HCA层,第3天已呈稳定态并布满整个表面,浸泡10d后的HCA由粒径在0.5～2.0 μm的球形颗粒构成.球形颗粒是纳米级HCA微晶聚集而成的多晶体.     

钛涂覆多孔羟基磷灰石涂层的制备及其生物活性

在纯钛基体表面通过电泳沉积的方法制得壳聚糖/羟基磷灰石(CS/HA)复合涂层, 然后将复合涂层烧结形成多孔HA涂层。采用SEM对多孔HA涂层的形貌进行观察, XRD分析涂层的物相组成, 粘结拉伸实验测定涂层与基体的结合强度, 1.5倍人体模拟体液(1.5SBF)浸泡测定涂层的生物活性。结果表明: 当悬浮液中CS与HA质量比为1∶1时, 制得的CS/HA复合涂层经过700℃烧结处理, 涂层中CS热分解致孔形成多孔HA涂层, 孔径在10~25 μm, 涂层与基体的结合强度可达19.5 MPa; 在1.5SBF中浸泡5天后, 多孔HA涂层表面完全碳磷灰石化, 呈现较好的生物活性。