大變形純鈦材生物陶瓷膜層的制備與生物摩擦學性能研究.pdf

1、鈦材是重要的醫(yī)用植入物材料，然而在生理環(huán)境下存在生物活性不足、耐磨性差的問題，影響了其長期植入安全，本文以解決該問題為目標，選用純鈦材與經等通道轉角大應變技術制備的大變形純鈦材為研究對象，綜合運用微弧氧化及水熱處理法對其進行表面改性，對改性膜層作為醫(yī)用植入物面臨的生物相容性、摩擦損傷等關鍵性能問題展開系統(tǒng)研究，所開展的工作及取得的創(chuàng)新性結果如下:
　　深入研究了電解液中頻率、氧化時間、電流密度、Ca/P比和占空比等微弧氧化工藝參數

2、對膜層結構的影響規(guī)律。結果表明，降低頻率、延長氧化時間可提高微弧氧化膜層表面孔隙的平均孔徑、孔隙率、粗糙度、Ca/P比以及金紅石相TiO2的相對含量;提高電流密度、降低電解液中Ca/P比可使膜層表面孔隙的平均孔徑呈現出先增大后減小的變化規(guī)律，而提高占空比則主要改善膜層表面形貌。
　　對比評價了純鈦材與大變形純鈦材微弧氧化膜層的微觀組織結構與理化性能。研究發(fā)現，與純鈦材微弧氧化膜層相比，大變形純鈦材微弧氧化膜層的孔洞分布更均勻致密，

3、孔徑更小，微米級小孔數量更多，孔隙率更高，表面更光滑平整，粗糙度更適宜，硬度值更高，膜-基結合能力更強，耐腐蝕性更好，接觸角提高，表面能降低。
　　考察了純鈦材與大變形純鈦材微弧氧化膜層在干摩擦、模擬體液和小牛血清潤滑液等不同潤滑條件的生物摩擦學性能。研究顯示，大變形純鈦材微弧氧化膜層在干摩擦、小牛血清潤滑和模擬體液潤滑狀態(tài)下摩擦學性能皆優(yōu)于純鈦材微弧氧化膜層，小牛血清能起到更有效的潤滑作用，小牛血清潤滑條件下的大變形純鈦材微弧氧

4、化膜層的耐磨性能更優(yōu)。
　　為進一步提高生物活性，利用水熱法將純鈦材與大變形純鈦材微弧氧化膜層以非晶態(tài)的形式存在的Ca+、PO43-轉變?yōu)榫B(tài)的羥基磷灰石(HA)，制備了TiO2/HA復合陶瓷膜層，分析了水熱處理對膜層結構及潤濕性能的影響。結果表明，水熱處理后膜層表面HA顆粒結晶形核可提高膜層表面能，膜層表面HA晶粒數目體積隨著水熱時間的延長而增加，表面粗糙度呈先下降后上升的趨勢。水熱處理7天后，大變形純鈦材復合陶瓷膜層表面獲得更

5、接近人自然骨Ca/P比的針狀HA晶體。
　　對改性膜層進行了體外細胞及血液相容性實驗研究。結果顯示，所有試樣都無細胞毒性，都符合醫(yī)用材料的溶血率要求，并且大變形純鈦材復合陶瓷膜層的細胞相容性與血液相容性最優(yōu)，更能有效促進成骨細胞的黏附和鋪展，其表面的成骨細胞雙層重疊生長結構更為明顯，并且血小板沒有被激活。
　　綜上所述，純鈦材大變形顯著改善了其改性膜層的表面結構、硬度、膜基結合力、耐腐蝕性、生物摩擦學及生物相容性等性能，這主