等离子喷涂技术在骨植入体表面改性中的研究进展

金属植入体材料已广泛用于各种硬组织相关疾病的治疗,但金属植入体表面的骨整合和抗菌能力不足,往往导致临床植入手术失败。表面改性能够在保持金属材料优异力学性能的同时,针对性地改善其表面特性,目前广泛用于解决金属植入体存在的骨整合能力差和缺乏抗菌性能等问题。在众多表面改性技术中,等离子喷涂因性价比高、工艺成熟、原料可选择范围广及可大规模生产等优点,目前已在人工关节和牙种植体表面改性方面获得商业化应用。从提高植入体成骨活性、抗感染能力及骨免疫调节能力等方面介绍等离子喷涂技术的优势及其在金属植入体表面改性方面的研究进展,阐述等离子喷涂技术在优化骨科植入体表面化学性质方面的优势,并重点讨论等离子喷涂技术在制备和调控植入体表面纳米结构方面的潜在应用价值,为植入体表面设计提供借鉴。还结合课题组前期在等离子喷涂技术领域的相关工作,提出关于等离子喷涂技术在骨植入体表面改性方面的新思路。     

抗菌元素对纳米TiO2涂层结构和性能的影响

目的为克服纳米氧化钛在黑暗条件下不具有抗菌效果这一缺点,使用抗菌金属元素Cu、Zn和Ag掺杂以提高其抗菌性能。方法利用大气等离子喷涂技术在钛合金表面制备Cu、Zn和Ag掺杂的TiO_2复合涂层。利用X射线衍射仪(XRD)、拉曼光谱仪(Raman)和场发射扫描电子显微镜(FE-SEM),对涂层的物相组成和表面形貌进行表征。利用接触角测量仪、三位轮廓仪、电化学工作站和电感耦合等离子体原子发射光谱,对涂层的亲水性、表面粗糙度、耐腐蚀性能和抗菌离子释放情况进行表征。利用细菌和涂层共培养实验来评价涂层的抗菌效果。结果抗菌金属元素掺杂没有改变TiO_2涂层的主要相结构,涂层主要由金红石相组成。涂层具有微米级的表面粗糙度,表面由粒径小于50 nm的粒子组成。掺杂使TiO_2涂层的亲水性略有降低。Cu掺杂的涂层的耐腐蚀性能大幅提升,抗菌金属离子在各涂层中都可以释放,且Cu掺杂涂层中的释放量最高。与细菌共培养24 h之后,TiO_2涂层没有显示出抗菌效果,掺杂后涂层表现出优异的抗菌性能。在有水存在的条件下进行紫外光预辐照,可以显著提高TiO_2涂层的抗菌性能,且掺杂后的涂层在经过预辐照后抗菌性能的提升大于TiO_2涂层。结论抗菌金属元素掺杂不改变涂层结构,同时大幅提高了等离子喷涂TiO_2涂层在黑暗条件下的抗菌性能,紫外预辐照处理能够使没有抗菌性能的TiO_2涂层具备抗菌效果,也能进一步提升掺杂涂层的抗菌效果。