溶膠凝膠漢制備鈦表面LA-HA涂層及其性能研究.pdf

1、鈦及鈦合金因具有優(yōu)異的機(jī)械強(qiáng)度，良好的耐腐蝕性和生物相容性，被廣泛地應(yīng)用于生產(chǎn)醫(yī)用植入材料和生物醫(yī)療設(shè)備，如髖關(guān)節(jié)假體，膝關(guān)節(jié)假體以及牙科種植體等硬組織替代材料。然而，鈦金屬是一種生物惰性材料，它與人體組織之間形成的是形態(tài)結(jié)合(morphological fixation)，即機(jī)械嵌聯(lián)或鎖合，并不能直接形成化學(xué)骨性結(jié)合。在人工種植體研究和應(yīng)用中，鈦合金及其磷灰石涂層復(fù)合材料因具備良好的誘導(dǎo)骨結(jié)合性能而一直備受關(guān)注。羥基磷灰石[Ca10(

2、PO4)6(OH)2，HA]因具備良好的生物相容性和生物活性等優(yōu)良性能而廣泛被應(yīng)用于骨科，牙科，頜面外科諸多學(xué)科領(lǐng)域。HA的化學(xué)結(jié)構(gòu)和組成成分近似于天然骨的礦物質(zhì)，植入人體內(nèi)能夠誘導(dǎo)種植體與周圍骨組織形成骨整合。鈦種植體與生物活性羥基磷灰石涂層相結(jié)合的復(fù)合體兼?zhèn)淞蒜伣饘賰?yōu)越的機(jī)械性能和HA良好的生物活性。
　　HA在實(shí)際的臨床應(yīng)用中仍然存在一些不足，會(huì)出現(xiàn)生物降解或因生物降解而產(chǎn)生崩裂，從而導(dǎo)致種植體失敗。因此，多年來國內(nèi)外學(xué)者采

3、取多種方法對(duì)HA進(jìn)行改性研究試圖改善其性能，加入多種其他元素及基團(tuán)來降低其降解性等。其中鑭(Lanthanum，La)是近年來研究最多的稀土元素之一，與其他稀土元素一樣被廣泛用于取代磷灰石結(jié)構(gòu)中Ca2+的位置成為新型磷灰石。在鈦基體表面涂覆摻鑭元素的HA使其保持原有良好的生物活性之外，更進(jìn)一步改善了涂層材料的降解性及抗酸性，具有良好的應(yīng)用前景。
　　目的:
　　本課題采用溶膠凝膠法在鈦表面制備摻鑭羥基磷灰石生物涂層，利用稀土

4、鑭元素取代HA中的部分Ca2+，提高HA的抗降解性能，改善涂層的生物學(xué)性能。
　　方法:
　　常溫下，以氫氧化鈣、磷酸二氫鈣、硝酸鑭為原料，采用溶膠凝膠法制備La-HA溶膠，浸漬提拉法以50mm/min的速度在鈦基體表面涂覆La-HA溶膠，后期經(jīng)不同溫度熱處理制成La-HA涂層。所獲得的涂層的物相組分、官能團(tuán)及表面形貌采用X射線衍射(XRD)、傅立葉紅外光譜(FTIR)、掃描電子顯微鏡(SEM)、原子力顯微鏡(AFM)等方法

5、進(jìn)行分析，通過粘結(jié)-拉伸實(shí)驗(yàn)測(cè)定涂層與基底的結(jié)合強(qiáng)度，采用原子吸收光譜測(cè)定涂層浸泡液中Ca2+的濃度來評(píng)估其降解性能。最后觀察涂層材料在仿生模擬體液(SBF)中的仿生礦化能力來評(píng)估其誘導(dǎo)磷灰石礦化的性能。
　　結(jié)果:
　　1.用溶膠凝膠法在鈦表面成功制備了La-HA涂層，La3+順利取代HA中部分Ca2+位置，且所得的涂層表面致密沒有裂紋，橫斷面觀察結(jié)果顯示涂層厚度均勻且與鈦基體緊密結(jié)合，厚度約7μm。
　　2.測(cè)定涂

6、層在生理鹽水浸泡液中釋放的鈣離子濃度評(píng)估涂層的降解性能，得出由于La3+的摻入，明顯提高了HA的抗降解性和抗酸性。模擬體液浸泡結(jié)果觀察La-HA涂層具有一定的誘導(dǎo)礦物鹽沉積的生物活性。
　　結(jié)論:
　　本課題采用溶膠凝膠法成功在鈦基體表面制備La-HA涂層。復(fù)合涂層表面致密沒有裂紋，涂層的結(jié)合強(qiáng)度最高達(dá)到25.2 MPa，具有良好的力學(xué)性能。La3+摻入HA中取代部分Ca2+提高了HA的晶體結(jié)晶度，提高了HA涂層的抗生物降解