【摘 要】
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由于钛合金密度小、比强度高、弹性模量低以及优良的生物相容性和加工成形性,近年来已发展成为外科植入物用较理想的功能结构材料。但是,作为外科植入材料,钛合金材料有生物活性差且不具有抗菌性两大缺点。通过微弧氧化表面改性,既可以保留钛合金原有的优良性能,又能有效提升其生物活性。电解质组成是影响氧化膜性能的主要因素。磷是组成骨骼的主要元素,因而含磷盐具有良好的生物活性。另外,锌和铜是骨头中的微量元素,它们不
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由于钛合金密度小、比强度高、弹性模量低以及优良的生物相容性和加工成形性,近年来已发展成为外科植入物用较理想的功能结构材料。但是,作为外科植入材料,钛合金材料有生物活性差且不具有抗菌性两大缺点。通过微弧氧化表面改性,既可以保留钛合金原有的优良性能,又能有效提升其生物活性。电解质组成是影响氧化膜性能的主要因素。磷是组成骨骼的主要元素,因而含磷盐具有良好的生物活性。另外,锌和铜是骨头中的微量元素,它们不仅对骨生长起到重要作用,而且还具有抗菌性,但它们的用量须严格控制,过量则引起副作用。本文应用仿生学原理,以环保型有机含磷物植酸作为基本电解质,添加含铜、锌物质,制备含磷、含锌以及铜锌共同掺杂的微弧氧化膜。研究了在仅含植酸溶液中制备的微弧氧化膜生物相容性,揭示了锌以及锌铜进入氧化膜的机制,清晰了涂层中锌含量对生物相容性影响。研究结果如下:(1)以植酸为基本溶液采用微弧氧化工艺在钛合金表面制备的涂层,结果表明与未处理的对照组相比,小鼠前成骨细胞MC3T3-E1在微弧氧化处理后的钛合金表面的细胞活性、粘附、增殖和分化中均表现出良好的生物相容性,表明在植酸溶液中制备的微弧氧化(MAO)样品可用作矫形应用的植入物。(2)采用四因素三水平正交实验,研究了含EDTA-ZnNa2,KOH和植酸对Zn、P含量的影响规律。得出如下结论:①MAO涂层中的磷元素与锌元素以Zn3(PO4)2形式存在,磷主要通过扩散进入氧化膜中;②影响氧化膜中锌含量的主次顺序为:植酸浓度>KOH浓度>EDTA-ZnNa2浓度>处理时间。随植酸浓度增加,氧化膜中的锌含量增加。影响氧化膜中磷含量的主次顺序为:植酸浓度>KOH浓度>处理时间>EDTA-ZnNa2浓度;③植酸有助于氧化膜的形成;而KOH不利于氧化膜的形成。随着植酸浓度的增加或KOH浓度的减少,氧化膜中的锌含量增加;④锌含量在2.86-8.81wt.%范围内的微弧氧化样品无细胞毒性,满足用作生物材料要求。(3)利用四因素三水平正交实验分析了Cu和Zn共同进入氧化膜的机理,得到以下结果:①铜主要以Cu或Cu2O的形式存在于氧化膜中,并随溶液中KOH浓度的增加而增大;锌主要以Zn3(PO4)2形式存在氧化膜中,并与植酸的含量相关;②铜盐能抑制锌进入氧化膜中,表明锌和铜相互竞争进入氧化膜中。
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