鈦材表面耐腐蝕涂層的構建及其生物響應.pdf

1、鈦及鈦合金是目前臨床上最常用的醫(yī)用金屬材料。因其具有優(yōu)異的機械性能和良好的生物相容性，鈦材植入體被廣泛地用于骨、關節(jié)和牙齒等硬組織的修復與替換。盡管鈦材能在空氣中自發(fā)氧化形成二氧化鈦保護層從而具有良好的抗腐蝕性能，但在人體復雜的生理侵蝕環(huán)境中，僅有幾納米厚的氧化層極易受力脫落，而人體內的低氧環(huán)境限制了受損氧化層的重新形成。上述問題在植入體細菌感染或炎癥反應的情況下尤其嚴重，這是由于細菌感染以及炎癥反應會引起植入體表面的局部酸化，加劇腐蝕

2、過程。因而，對鈦材表面改性提升其耐腐蝕性能具有重大研究意義。適宜的表面改性不僅可保留鈦材優(yōu)良的機械性能，還可根據(jù)實際應用需求賦予其相應的表面特性，如耐腐蝕性、耐磨性、生物相容性以及抗菌性等。
　　本論文利用聚合物輔助沉積技術（PAD）以及微弧氧化技術（MAO）在鈦材表面構建了一系列具有促成骨、抗菌以及抗磨損的耐腐蝕涂層，并在體外對其生物學性能進行初步評價。主要內容和結論如下：
　　1.基于聚合物輔助沉積技術構建具有良好耐腐蝕

3、性和生物相容性的氧化鉭涂層
　　為了提高鈦材表面耐腐蝕性能，利用聚合物輔助沉積技術（PAD）在鈦材表面構建了具有良好耐腐蝕性能的氧化鉭涂層。通過掃描電子顯微鏡（SEM）、原子力顯微鏡（AFM）、X射線光電子譜（XPS）以及接觸角測試等對涂層的理化性質進行表征。利用電化學工作站和劃痕儀測量了涂層的動電位極化曲線和結合力，結果表明，該涂層具有良好的耐腐蝕性能和較高的結合強度。此外體外細胞實驗顯示，與純鈦相比，該氧化鉭涂層更有利于成骨細

4、胞的粘附與增殖。本研究提供了一種構建具有耐腐性和良好生物相容性鈦基材的新方法。
　　2.基于微弧氧化技術構建具有良好耐腐蝕性和生物相容性的氧化鉭/氧化鈦復合涂層
　　為了提高氧化鉭涂層的構建效率并降低其構建成本。利用微弧氧化技術在鈦材表面構建了氧化鉭/氧化鈦復合涂層。采用原子力顯微鏡、掃描電子顯微鏡、X射線衍射（XRD）、X射線能譜儀（EDS）、X射線光電子譜、接觸角測試以及電化學工作站等技術對涂層的表面形貌、化學成分、晶體

5、結構和耐腐蝕性能進行檢測。結果顯示，該涂層主要由氧化鉭和氧化鈦構成，且涂層能封堵微弧氧化產生的微孔結構，從而具有優(yōu)異的耐腐蝕性能。此外，細胞活性（CCK-8）、堿性磷酸酶（ALP）、礦化、PCR等體外細胞實驗表明，與純鈦相比，具有氧化鉭/氧化鈦復合涂層的鈦材能促進成骨細胞的增殖與分化。本研究為高效構建具有良好生物相容性的耐腐蝕涂層提供新途徑。
　　3.基于微弧氧化技術構建具有良好耐腐蝕性能和抗菌性能的介孔硅復合涂層
　　植入

6、體的細菌感染是臨床最嚴重的術后并發(fā)癥之一，也是導致植入失敗的主要原因。而假體植入后的4-6h通常被認為是細菌感染的關鍵時期，鑒于此，本章將介孔硅納米顆粒通過微弧氧化技術沉積到鈦材表面與二氧化鈦氧化物一起形成復合涂層，并以此為載體加載陽離子抗菌藥物奧替尼啶，最終構建出具有良好耐腐蝕能力的抗菌性涂層。通過透射電子顯微鏡（TEM）、掃描電子顯微鏡、原子力顯微鏡、X射線光電子譜、X射線能譜儀、電化學工作站以及接觸角測試等對復合涂層的理化性質進行

7、表征。結果顯示，介孔硅顆粒被均勻地沉積到鈦材表面，大部分介孔硅顆粒形態(tài)完整。電化學研究表明，與純鈦相比，該復合涂層具有更高的耐腐蝕潛能。利用大腸桿菌和金黃色葡萄球菌作為模式細菌研究鈦基材的抗菌性能，同時通過 CCK-8、ALP、礦化等體外細胞實驗考察材料對細胞增殖和分化的影響。結果表明，載有奧替尼啶的介孔硅復合涂層表現(xiàn)出較強的早期抗菌能力以及良好的生物相容性。本研究為構建具有抗菌性能的耐腐蝕涂層提供新技術。
　　4.基于微弧氧化技

8、術構建具有良好耐腐蝕和耐磨性能的實心二氧化硅納米顆粒復合涂層
　　植入體在體內的磨損在所難免，而磨損產生的磨屑會沉積在周圍組織之中，進而誘發(fā)組織慢性炎癥和植入體周圍骨溶，甚至可能導致植入體無菌性松動。因此，為了提高鈦材的耐磨性能，本章利用微弧氧化技術將實心二氧化硅納米顆粒摻入到鈦材表面氧化層中，構建了二氧化硅納米顆粒復合涂層。通過透射電子顯微鏡、掃描電子顯微鏡、原子力顯微鏡、X射線光電子譜以及接觸角檢測對樣品進行表征。結果表明實心