鈦基金屬因具有較高的強(qiáng)度和較低的彈性模量,在醫(yī)學(xué)上被廣泛用作硬組織替代材料。但是,鈦基金屬也存在許多臨床問題。主要表現(xiàn)在鈦基金屬屬于惰性材料,無法與周圍組織直接形成良好的骨結(jié)合,因此生物活性差。同時鈦基金屬耐腐蝕性、耐磨損性較差,易導(dǎo)致機(jī)體炎癥。通過表面改性技術(shù)可提高鈦基金屬的生物活性和生物相容性。實(shí)驗(yàn)采用水熱-等離子噴涂復(fù)合法制備Ti/Ti O2/Ta復(fù)合梯度材料。利用X射線衍射儀、掃描電子顯微鏡及能譜儀、激光共聚焦顯微鏡、接觸角測試儀等對復(fù)合梯度材料的晶體結(jié)構(gòu)、微觀形貌、表面粗糙度、表面潤濕性進(jìn)行表征。實(shí)驗(yàn)對鈦表面進(jìn)行酸處理法提高其表面粗糙度,最終獲得了同向排列的微米臺階結(jié)構(gòu),最佳工藝參數(shù)為酸處理溫度25℃、以0.53 mol/L HF和0.29 mol/L HNO3體積比為1:1的混合酸處理10 min。采用水熱法在具有微米臺階的鈦表面原位生長Ti O2納米棒,其最佳參數(shù)為Na OH濃度5 M、水熱溫度130℃、熱處理溫度450℃,形成的納米棒與鈦基底結(jié)合牢固,由銳鈦礦Ti O2和金紅石Ti O2構(gòu)成。采用等離子噴涂法在具有Ti O2納米棒的鈦表面噴涂鉭粉末,制備的鉭涂層的最佳工藝參數(shù)為噴涂電壓60 V、噴涂距離150 mm,鉭涂層有效厚度達(dá)75μm。最終形成Ti/Ti O2/Ta復(fù)合梯度材料。形成的復(fù)合梯度材料是鉭、鈦元素梯度分布。鉭涂層與鈦基體結(jié)合良好,結(jié)合力為66 N。復(fù)合梯度材料的硬度為4554 MPa,接近人體骨硬度,一定程度增加了材料的耐磨損性。復(fù)合梯度材料的腐蝕速度為0.547×10-6 A/cm2,只有鈦基體的17%,耐腐蝕性得到明顯的提高。復(fù)合梯度材料的表面能為63.4 m J/m2,改善了材料的潤濕性。試樣在模擬體液(SBF)中浸泡14d后,普通鈦金屬表面沒有新物質(zhì)生成。復(fù)合梯度材料表面羥基磷灰石(HA)的沉積量遠(yuǎn)大于鈦基金屬,表現(xiàn)出優(yōu)異的生物活性。細(xì)胞毒性實(shí)驗(yàn)顯示醫(yī)用鈦金屬、微米臺階試樣、Ti O2納米棒試樣、復(fù)合梯度材料四組試樣均無細(xì)胞毒性。
【學(xué)位單位】：華北理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TG178;TB383.1
【部分圖文】：

圖 1 不同熱處理溫度下堿處理鈦表面的 FESEM 照片[22]Fig.1 FESEM images of titanium treated by NaOH at different heat treatment temperatur 電化學(xué)法電化學(xué)法是在含有鈣磷成分的溶液中，通過調(diào)節(jié)陰極/溶液界面化學(xué)環(huán)境液中的鈣磷成分在陰極表面相對高的 pH 環(huán)境下達(dá)到一定過飽和，進(jìn)而從結(jié)晶析出，沉積在金屬電極表面。電化學(xué)法主要包括陽極氧化法、微弧電泳沉積法等。陽極氧化法[25]是將金屬片作為陽極進(jìn)行電解，在金屬片的表面生成金屬其氧化層又立刻和電解質(zhì)溶液中某種離子反應(yīng)而產(chǎn)生化學(xué)溶解的過程。該涂層與基體的結(jié)合強(qiáng)度高，但涂層較薄，制備成本較高，不適用大規(guī)模的產(chǎn)。通常采用陽極氧化法在鈦表面制備納米管狀的二氧化鈦，Kodarna[26陽極氧化法在鈦表面制備了 TiO2納米管，見圖 2。模擬體液浸泡實(shí)驗(yàn)表改性的二氧化鈦納米管能夠迅速地誘導(dǎo)羥基磷灰石在其表面沉積。

圖 2 陽極氧化制備的 TiO2納米管 SEM 圖片[26]Fig.2 SEM images of the TiO2nanotube layers formed by anodization 復(fù)合改性技術(shù)材料與生物體的作用是錯綜復(fù)雜的，為了讓植入體材料更好的適應(yīng)人體環(huán)需要多種技術(shù)的綜合[30]。吳振軍[31]等人利用陽極氧化法制備具有多孔結(jié)3、再通過電沉積法在鋁基材上制備 HA/Al2O3復(fù)合生物涂層，見圖 3，該高，力學(xué)性能優(yōu)良，且在 SBF 中呈現(xiàn)出優(yōu)良的穩(wěn)定性并能誘導(dǎo)類骨磷灰。鄧飛龍[32]等人通過微弧氧化法（MAO）制備了蜂窩狀的多孔結(jié)構(gòu)，后的鈦表面生成更多晶體，結(jié)果顯示其表面有更多 HA 的生成，且鈣磷比與，具有良好的生物活性，見圖 4。

（a）MAO 后的表面 SEM 形貌（b）水熱處理的表面 SEM 形貌圖 4 微弧氧化和水熱處理后的鈦表面掃描電鏡圖[32]Fig.4 SEM images of Ti surface after MAO and hydrothermal treatme水熱法和等離子噴涂的優(yōu)點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)采用水熱-等離子噴Ti/TiO2/Ta 復(fù)合梯度材料，以期提高材料的表面潤濕性和和生物性能。材料結(jié)構(gòu)示意圖見圖 5。
【參考文獻(xiàn)】

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2 王方輝;張姍姍;舒靜媛;高艷;孫曉坤;王青山;;純鈦種植體表面改性對骨結(jié)合的影響[J];中國組織工程研究;2014年52期

3 郭歡;翁正陽;劉想梅;K.W.K.Yueng;吳水林;Paul.K.Chu;;醫(yī)用鈦表面納米薄膜的制備及生物相容性研究[J];稀有金屬材料與工程;2014年S1期

4 王珂;朱文軍;張輝;張璐;王焱;;熱處理溫度對TiO_2納米管膜層表面特性的影響[J];臨床口腔醫(yī)學(xué)雜志;2014年08期

5 楊焜;鄧暢光;鄺子奇;曾威;;大氣等離子噴涂TiO_2涂層性能及厚涂層制備工藝[J];中國表面工程;2014年04期

6 王軍;劉瑩;劉小龍;;316L不銹鋼表面溶膠-凝膠法制備TiO_2薄膜[J];中國表面工程;2014年03期

7 陶學(xué)偉;王章忠;巴志新;孔時瀟;胡期翔;;鎂合金離子注入表面改性技術(shù)研究進(jìn)展[J];材料導(dǎo)報;2014年07期

8 吳穗丹;王焱;張輝;滕偉;寧成云;鄭華德;;鈦表面微弧氧化涂層的細(xì)胞生物活性[J];中國組織工程研究;2013年47期

9 王小紅;曹陽;張利;曹獻(xiàn)英;金春陽;操風(fēng);;堿熱處理對鈦表面生物活性的影響[J];功能材料;2013年02期

10 張林;譚幗馨;寧成云;劉緒建;廖景文;;鈦表面自組裝硅烷化對仿生礦化性能和細(xì)胞增殖的影響[J];稀有金屬材料與工程;2012年11期

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本文編號：2852113