醫(yī)用純鈦表面多級微-納米生物活性結構的構筑及其性能研究.pdf

1、醫(yī)用純鈦及其合金由于具有良好的理化性能及生物相容性，被廣泛的應用于骨科替代材料，但是其缺點是具有一定的生物惰性，難以促進骨的生長和提高骨整合效率。通過表面改性技術在保留鈦良好的本體性能基礎上，構筑出具有更高生物相容性及生物活性的表面，對于實現植入材料的短期負載、長期安全有效，從而進一步提升材料的骨整合效率具有重要的作用和意義。研究表明，植入材料的表面形貌、成分及親水性均能較大程度的影響材料的骨整合效果及其速率。本論文旨在，通過簡單而有效

2、的工藝，即噴砂酸蝕技術、陽極氧化技術、電化學沉積技術及熱處理技術，探討處理過程中不同因素對形貌、成分、親水性、耐蝕性、生物活性、抑菌性等性能的影響，以期獲得一種具有良好親水性能的多級微/納米活性結構表面，為高性能的鈦基生物材料的發(fā)展和應用提供技術支持。
　　本論文的主要研究內容包括以下幾點:(1)通過優(yōu)化工藝參數，采用噴砂酸蝕處理，在平整表面構筑出多級的微米形貌，并研究其表面成分及親水性能;(2)優(yōu)化陽極氧化工藝參數，在多級的微米

3、形貌上構筑出多級微/納米形貌，并盡量減小對微米形貌的影響;(3)采用電化學沉積技術，考察了不同參數對多級微/納米表面形成納米羥基磷灰石形貌、成分等的影響;(4)考察了熱處理對親水性的影響，克服了表面親水的時間相關性;(5)研究了不同處理后對表面生物活性的影響及成骨細胞、細菌的粘附及生長的影響。主要結果如下所示:
　　1、針對于平整鈦表面，通過正交實驗及單因素變量實驗，采用混合酸體系對其進行酸蝕處理，研究不同工藝條件，如濃度、溫度、

4、比例、時間等參數對表面形貌的影響，獲得了一種具有1μm～10μm的均勻酸蝕孔洞組成的表面膜層，實現了鈦表面微米形貌的初級構筑。隨后引入了噴砂處理，并研究了不同砂粒成分、砂粒粒徑、噴砂距離、噴砂氣壓、噴砂方式等工藝條件對噴砂酸蝕形貌的影響，獲得了一種具有1μm～10μm及20μm～30μm的多級微米孔洞組成的表面膜層，實現了鈦表面多級微米形貌的復合構筑。該膜層形成的噴砂凹陷及酸蝕孔洞更加均勻、形貌襯度更大，同時表面無雜質殘留，親水性能也相

5、對最佳。
　　2、針對于平整鈦表面，通過正交試驗及單因素變量實驗，采用含氟溶液對鈦進行陽極氧化處理，研究了在相同電壓下不同工藝條件，如濃度、溫度、時間等對納米管形貌及接觸角的影響，并獲得了一種相對較適宜的工藝參數。在已取得的陽極氧化工藝基礎上，對多級微米形貌進行了陽極氧化處理，并進一步研究了濃度及時間等條件對形貌的影響。在保留多級微米的條件下，獲得了相應的多級微/納米形貌，實現了兩者的復合，其中微米形貌保持在1μm～10μm及20

6、μm～30μm的多級微米，納米管徑約50nm～100nm。隨后對此進行了一定溫度的熱處理，研究了其對形貌及晶型的影響。
　　3、對已取得的多級微/納米表面，在含鈣磷鹽的混合體系中，通過正交試驗及單因素變量實驗，采用電化學沉積技術，研究了不同電解質濃度、電流密度、沉積溫度、沉積時間對表面形貌、成分、晶型等的影響。在保留多級微/納米形貌的基礎上，制備出一層由具有一定結晶度的納米羥基磷灰石顆粒所組成的納米級薄層，從而防止了因為膜層過厚而

7、脫落。隨后通過一定溫度的熱處理，研究其對SLA-A-E形貌及晶型的影響，結果表明熱處理顯著改善了其親水性能，有效抑制了膜層在放置過程中親水性能隨時間延長而逐漸變差的趨勢。
　　5、對不同處理后的表面(PT，SLA，SLA-A，SLA-A-H，SLA-A-E-H)，進行了模擬體液浸泡和成骨細胞的粘附、細菌的貼附等生物學實驗。模擬體液實驗表明，相比于其他處理，SLA-A-E-H表面具有強烈的誘導羥基磷灰石形成的能力，能顯著改善材料的生