溶膠-凝膠法在多孔鈦表面合成羥基磷灰石-二氧化鈦生物復(fù)合薄膜.pdf

1、鈦及其合金具有優(yōu)良機械性能和耐腐蝕能力，因此在臨床上長期被用作移植材料，如作為牙齒和骨頭的替換物。但是目前所應(yīng)用的鈦合金生物力學(xué)與人骨不匹配，這是因為它們的彈性模量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于人骨。目前有較多的研究集中在制備與人骨相似的多孔骨架上。本文用粉末冶金法制備和人骨具有相似彈性模量的多孔鈦，并且用溶膠-凝膠法在其表面合成HA/TiO2生物薄膜提高它的生物活性。 制備多孔鈦所用的原料是商業(yè)純鈦粉(粉末尺寸≈10μm)和碳酸氫銨粉末(NH4HC

2、O3)。制備的方法是先將這兩種粉末按比例充分的混合，經(jīng)過劇烈攪拌后將混合物放入模具中用80MPa的壓力壓制，接著分別在180℃和1200℃保溫30min和2H。 本文合成的是開孔型多孔鈦，通過它表面的掃描電鏡圖片可測出它的孔徑在30-250μm之間，它的孔隙率在7.3％-35.4％之間。從它們的光學(xué)金相圖片上可以看出這是一種α相的鈦合金，并且它的晶粒尺寸在2-10μm范圍內(nèi)。多孔鈦的彈性模量可以通過它的應(yīng)力-應(yīng)變曲線圖計算得到，

3、計算結(jié)果表明它的彈性模量在9.92-7.20GPa之間，相對Ti-6Al-4V等鈦合金要低得多，并且很接近人骨的彈性模量(7-25GPa)。從多孔鈦斷口表面的SEM圖可知道它的斷裂方式是脆性斷裂，從它的斷口表面光學(xué)金相圖發(fā)現(xiàn)裂紋穿過晶界向前擴展，表明它斷裂時是穿晶斷裂。 用溶膠-凝膠法在多孔鈦表面合成了具有生物活性的HA/TiO2復(fù)合薄膜。合成TiO2溶膠的前驅(qū)體是太酸正丁酯(C16H36TiO4)，并且用二乙醇胺作為催化劑減緩

4、它的水解速度。合成羥基磷灰石(HA)溶膠用的前驅(qū)體是亞磷酸三乙酯(C2H5O3PO))和硝酸鈣(Ca(NO3)2.4H2O))，方法是先將前者用純凈水水解24H，最后將后者加進(jìn)去。用提蘸法以12cm/min的速度在多孔鈦表面合成TiO2薄膜，然后在600℃保溫20min。用同樣的方法和速度在TiO2薄膜表面合成HA薄膜，接著在不同溫度下進(jìn)行熱處理。用DSC、XRD、和SEM分析了凝膠和薄膜的組成、表面和截面形貌。實驗結(jié)果表明HA在560

5、℃開始形成，并且隨著溫度的升高結(jié)晶度有所升高。HA薄膜表面致密沒有裂紋，從截面圖上也沒有看到內(nèi)部存在裂紋和氣孔。HA/TiO2的厚度約為10μm。 HA/TiO2薄膜在模擬體液(SBF)中浸泡24H后，從它的形貌圖上可看到他的表面出現(xiàn)了一些很小的顆粒，浸泡336H后薄膜表面被一層新的薄膜所覆蓋，EDX測試表明它們是類骨磷灰石。經(jīng)過浸泡后XRD圖中屬于HA的衍射峰明顯升高。EDX測試表明薄膜表面的Ca/P原子比浸泡前是1.69，2