医用钛表面生物活性化研究

钛及钛合金具有优良的生物相容性和机械性能,已应用于临床,尤其是用作骨替换与修复材料.但是,钛属于生物惰性材料,不能与骨组织形成化学键合或称骨键合.通过表面改性可使其在生理环境具有诱导羟基磷灰石在表面自发生长的能力,即生物活性化.这是当今生物医用材料研究的热点领域之一.本文评述了钛表面生物活化的研究现状,简要总结了本课题组在这方面的研究工作.     

生物活性钛涂层

真空等离子喷涂的钛涂层经 ５．０ｍｏｌ／Ｌ ＮａＯＨ溶液处理后,将其浸泡在含 Ｃａ^２＋、ＨＰＯ_４^２－的模拟生理体液（ＦＣＳ和ＳＢＦ）中,考察涂层诱导羟基磷灰石生长过程,并评价其生物活性．用ＳＥＭ观察碱处理前后和在模拟生理体液中浸泡后钛涂层的形貌,用ＡＥＳ分析了碱处理前后钛涂层的表面成分;用ＸＲＤ、ＦＴ－ＩＲ和ＥＤＳ表征浸泡后涂层表面生长物的结构和成分;并测量了处理后钛涂层在浸泡过程中溶液中离子浓度和ｐＨ值的变化．结果表明,经处理的钛涂层在模拟生理体液中能诱导羟基磷灰石在其表面生长;在ＳＢＦ和ＦＣＳ分别形成碳酸羟基磷灰石层和含氧磷灰石的羟基磷灰石层．钛涂层的活性是由于碱处理后表面形成了网状和纤维状结构的Ｎａ－Ｔｉ－Ｏ化合物．这种化合物在模拟生理溶液中释放Ｎａ^＋,吸收Ｈ^＋;形成水化钛酸盐,诱导羟基磷灰石成核生长．     

钛基金属表面生物活性改性研究进展

从工艺、生物活性涂层新体系开发、涂层结构设计、生物活性涂层性能改进以及涂层评价标准等角度,系统地综述了钛及其合金表面生物活性涂层的研究状况,同时展望了医用钛合金表面生物活性改性研究的发展趋势,认为解决钛基金属表面生物活性改性研究的重点应该放在能够同时解决涂层与基体的界面稳定性和相应涂层制备工艺的适应性上.     

医用钛及钛合金表面改性技术的研究进展

随着现代医学和材料科学的快速发展,植介入治疗技术在临床的应用越来越广泛。作为植入医疗器械的重要材料,医用钛及钛合金已广泛应用于骨科、口腔科等临床医学领域。然而,钛元素活泼的化学特点使得医用钛及钛合金的表面极易形成一层惰性的钝化膜,虽然具有优异的耐蚀性能,但是其表面不具有生物活性,从而影响了植入器械与软硬组织的结合。此外,医用钛及钛合金作为关节器械,其在体液环境下的摩擦磨损性能不佳,磨损情况下的腐蚀也不理想,因此亟需有效的改性技术来改善医用钛及钛合金的表面性能。基于此,本文针对近期开展的医用钛及钛合金表面改性技术研究,综述了物理气相沉积、等离子喷涂、离子注入、激光熔覆、溶胶-凝胶合成等表面改性手段在改善医用钛及钛合金表面性能的研究现状,并对医用钛及钛合金表面改性技术的研究进行了展望。     

医用钛基生物活性材料研究

医用钛基生物活性材料发挥了钛及其合金优异的力学性能,同时又具有良好的生物活性.评述了近年来国内外制备钛基生物活性材料的新技术和新方法,重点介绍了钛及其合金表面改性和钛基生物活性复合材料的研究现状,并对其发展进行了展望.     

医用钛金属材料表面改性研究

由于具有优良的力学、生物学、安全性等性能，钛及其合金被日益广泛的应用于人体硬组织的修复、替换。然而其表面硬度低、耐磨性差、生物惰性等是作为医用材料不容忽视的问题，为了改善这些性能，需要对钛合金表面进行改性处理。综合评述了多种表面处理技术的优点，指出对多种表面处理技术进行综合应用是今后的研究方向。     

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。      

碳纤维表面含钛碳化硅涂层研究

以聚钛碳硅烷为前驱体,经高温烧成后在碳纤维表面形成含钛碳化硅涂层,该涂层由TiC、SiC混晶组成,稳定性好,致密性高且密度小,能显著改善碳纤维的抗氧化性和表面润湿性。     

金属生物活性复合材料研究

本文叙述了金属羟基磷灰石生物活生复合材料的制作工艺,讨论了ＨＡＰ溶液中浓度对复合材料中ＨＡＰ含量的影响及ＨＡＰ粒子对复全材料内应力的影响,由实验可知,复合材料中羟基磷灰石含量可高达２２％（质量分数）。     

硬脂酸对纳米羟基磷灰石表面的改性机理

用硬脂酸对羟基磷灰石进行了表面改性处理,采用XRD、TEM、FTIR以及XPS等方法研究了表面改性的机理及硬脂酸含量对羟基磷灰石活化率的影响。结果表明,羟基磷灰石的晶体结构及微观形貌没有发生变化。硬脂酸通过硬脂酸根离子（CH3（CH2）16COO^-）与羟基磷灰石表面的钙离子结合形成离子键而接枝在羟基磷灰石表面。当硬脂...     

钛金属表面活化处理及表面细胞响应特性

采用不同比例的氢氟酸(1％(质量分数)HF)与双氧水(30％(质量分数)H2O2)以及二者不同配比(1∶1、5∶1和1∶5)的混合溶液对钛金属表面进行处理,制备出具有不同拓扑结构的钛活性表面.用扫描电镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)、接触角测试和X射线光电子能谱(XPS)等手段分别对各组样品的表面形貌、粗糙度、亲疏水性及表面化学组成变化等进行分析和表征.将各组样品分别与骨肉瘤细胞株(MG63)共培养,用SEM观察细胞形态变化,利用MTT比色法测定细胞增殖能力,通过体外细胞培养实验考察处理后的钛金属表面对MG63细胞形貌及增殖分化特性的影响.结果表明,经HF和H2O2混合溶液处理后的样品表面粗糙,并含有丰富的F-和OH-基团,促进了细胞的粘附、铺展、生长和增殖,大幅改善了钛表面的生物活性.其中,氢氟酸与双氧水按1∶5配比的混合溶液处理后的样品在细胞培养前期显示出更加优良的细胞相容性,这对促进钛种植体与周围骨组织间的快速整合具有积极意义.     

有机磷酸酯改性钛表面的蛋白质吸附行为

通过磷酸三乙酯对钛表面进行改性,使表面含有机磷并且具有一定的疏水性。考察了不同初始浓度、温度和pH值条件下,小牛血清白蛋白（BSA）在钛表面的吸附行为,通过紫外分光光度计表征了BSA吸附的动力学特征。研究发现,在与含磷钛表面接触的前40 min内,BSA发生迅速吸附,随后逐渐达到动态平衡。根据Langmiur理论计算获得吸附等温线和最大吸附量。通过红外光谱和X射线光电子能谱分析表明BSA化学吸附到表面。对BSA在改性钛表面的吸附机制进行了初步的分析。      

刻蚀处理对钛表面形貌的影响

发展电化学刻蚀和化学刻蚀技术,对钛表面进行处理,并应用扫描电镜、X射线衍射方法对其表面进行表征,探讨电化学刻蚀钛表面形成微观结构的机理.结果表明,经刻蚀后钛表面形成了纳米级微观结构,提高了表面粗糙度,可增强生物材料涂层与钛基底的结合强度.     

生物活性Ti合金材料的研究现状

Ti合金作为生物植入材料已应用于医学领域。综述了国内外Ti合金生物材料研究领域的最新进展，包括生物活性材料的微观特性、Ti合金表面改性和生物相容性。     

纳微米颗粒的表面改性及其在Pickering乳液中的应用进展

以固体粒子替代表面活性剂稳定的Pickering乳液,不仅可以赋予乳液许多特殊的性能(电磁和温度感应性能等),还可消除由添加表面活性剂所带来的副作用(过敏性和毒性等),这使得Pickering乳液可以应用到对表面活性物质具有很大限制的生物材料领域。系统综述了常见Pickering乳液用固体粒子,以及为了获得不同类型的乳液而对固体粒子进行表面改性的主要方法,着重归纳了表面改性前亲水性羟基磷灰石(HAp)和改性后疏水性HAp作为颗粒乳化剂稳定的Pickering乳液的类型及其进一步合成的产物。     

沉积温度对多孔钛表面仿生制备羟基磷灰石的影响

为研究沉积温度对羟基磷灰石涂层生长的影响,制备了不同温度条件下成分恒定的仿生沉积液,并采用纯钛和不同孔径的多孔钛做基体,在其表面仿生沉积羟基磷灰石涂层,再将得到的涂层试样浸泡在标准模拟体液中检测其生物活性.通过X射线衍射仪(XRD)分析涂层物相结构,用金相显微镜、环境扫描电子显微镜(ESEM)表征涂层形貌,利用能谱分析仪(EDS)计算钙磷比.研究表明:基体孔径增大,有利于沉积液进入到孔隙且表面粗糙度相对增大,从而使得HA涂层变得均匀致密;沉积温度由30℃升高至37℃,会加快HA涂层致密均匀的生长,但温度升高到44℃时,HA晶粒变粗大,涂层变得疏松化;模拟体液浸泡后,Ti/HA涂层试样表面有新的HA生成,且Ca/P比接近标准的1.67,表明该Ti/HA涂层试样具有良好的生物活性.适当增大钛基体孔径,提高沉积液温度,可以得到均匀致密的HA生物活性涂层.     

激光和等离子体混合法氮化钛表面

采用激光和氮等离子体混合方法在大气气氛下对钛样品表面进行处理,获得了钛氮化合物表层.利用X射线衍射仪(XRD)对氮化处理后的样品测试,得到了样品的相结构.分别使用该方法与普通激光氮化方法,在相同条件下对样品表面进行氮化处理,结果表明通过混合方法提高了氮化物含量,并有效地抑制了氧化发生.讨论了氮等离子体流量对混合法氮化效果的影响.随着氮等离子体流量的增加,氮化物含量增加;但是当氮等离子体流量＞0.8m3/h后,氮化所需活化氮达到饱和,氮化物含量不再增加.     

通过微弧氧化和水热处理在钛上沉积羟基磷灰石

在含有0.04mol/L β-甘油磷酸钠(β-GP)和0.10mol/L醋酸钙(CA)电解液中对Ti进行微弧氧化.结果发现:微弧氧化方法适合于Ti在甘油磷酸钠和醋酸钙电解液中形成富含有Ca和P的氧化膜.氧化膜粗糙多孔,电流密度和最后电压分别为200A/m2和430 V形成的氧化膜主要由锐钛矿型TiO2,金红石型TiO2和非晶相组成.低温下进行水热处理,羟基磷灰石晶体在氧化膜的表面沉积.用扫描电镜、能谱仪、X射线衍射、X射线光电子能谱对氧化膜进行了研究.