發(fā)布時間：2019-10-11 12:06

【摘要】：針對目前骨組織或硬組織替換生物材料的生物活性不足,且植入體內(nèi)后易發(fā)生細菌感染導(dǎo)致手術(shù)失敗的現(xiàn)狀,本文以機械性能優(yōu)異的純鈦為研究對象,通過微弧氧化處理方法和水熱處理方法,制備了生物活性良好且具有抗菌性能的微弧氧化涂層。通過掃描電子顯微鏡(SEM)、X射線能量分散分光計(EDS)、X射線衍射儀(XRD)、X射線光電子譜儀(XPS)、接觸角測定儀對試樣表面的組織結(jié)構(gòu)以及潤濕性能等對各步處理試樣進行了表征;通過對鈦試樣進行模擬體液(SBF)仿生浸泡,使用SEM、EDS、XRD對鈦試樣表面沉積的磷灰石進行評價;采用革蘭氏陰性的大腸桿菌(E.coli)和革蘭氏陽性的金黃色葡萄球菌(S.aureus)對不同處理后的鈦試樣進行抗菌實驗以及鋅離子釋放實驗來評價涂層的抗菌性能。以EDTA-2Na、Ca(CH3COO)2·H2O、Ca(H2PO4)2·H2O、Na2SiO3·9H2O、Zn(CH2COO)2·2H2O、NaOH和H2O2的水溶液組成的微弧氧化電解液處理純鈦,純鈦表面為微米級多孔形貌,表面由銳鈦礦相、金紅石相和非晶相組成。隨著微弧氧化電壓的升高,微弧氧化涂層的微孔越大,且涂層越厚。經(jīng)后續(xù)氨水水熱處理后,對比不同氨水濃度,低濃度氨水處理過的表面出現(xiàn)納米晶相,高濃度氨水處理后試樣表面在微孔周圍出現(xiàn)溝壑狀形貌,且隨著氨水濃度的升高,涂層的鋅元素含量降低。微弧氧化后和水熱處理后涂層中的鋅元素的存在形式都為ZnO中的Zn2+。微弧氧化處理鈦的潤濕性比純鈦差,但經(jīng)過水熱處理后表面潤濕性能有所提高。僅經(jīng)過微弧氧化處理的試樣在SBF中浸泡14天未生成磷灰石,氨水水熱處理后的試樣SBF中浸泡7天表面完全被磷灰石覆蓋。純鈦、微弧氧化處理、后續(xù)水熱處理的抗菌率依次增加。水熱處理后鈦表面生成的納米晶相和溝壑狀形貌為磷灰石的形成提供了更多的形核位點和表面能。經(jīng)過水熱處理后,鋅元素在涂層表面的含量較高,使抗菌性能提高。綜上,純鈦經(jīng)過微弧氧化處理、水熱處理,生物活性及抗菌能力均有所提高。
【圖文】：

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文相容性和金屬材料的腐蝕，這些問題會導(dǎo)致金屬植入體在人體中發(fā)生排異反金屬植入體骨整合的影響因素是機械性能和金屬表面與其周圍組織之間的作用。如果人體將金屬植入體視為一種外來物質(zhì)，那么血小板的粘附就會激血機制，從而導(dǎo)致種植體周圍組織發(fā)炎。金屬植入物的腐蝕部分可能會被大胞吞噬，或者植入物被削弱。這些現(xiàn)象可能會導(dǎo)致人體拒絕的植入物，可以表面改性技術(shù)改善表面性質(zhì)以減少移植排斥。因此，鈦和鈦合金植入體的表理要求提高骨整合，提高組織粘連，減少細菌粘附使種植體成功植入人體[19]

圖 1-2 微弧氧化涂層的 SEM 照片 a)低倍; b)高倍微弧氧化的過程是由專門的儀器控制的。在微弧氧化之前，樣品的非工作面與銅導(dǎo)線相連。在微弧氧化的過程中，樣品作為陽極，不銹鋼作為陰極，置于電解液中，經(jīng)一定氧化電壓、氧化時間后，反應(yīng)結(jié)束后會在鈦材料的表面上原位生長出微米多孔形貌的氧化物陶瓷膜，且可以引入 Ca、P、Si、Sr 和 Na 等生物活性元素。微弧氧化處理過后表面特征形貌如圖 1-2 所示。微弧氧化的特征微米多孔結(jié)構(gòu)有利于微米級尺寸的成骨細胞的粘附、增殖和分化。Wu 等[49]通過微弧氧化(MAO)方法將純鈦置于醋酸鈣電解溶液中，通過 SEM和 EDX 分析鈦材料處理前后表面形貌的變化。細胞相容性研究采用 MC3T3-E1 前成骨細胞觀察細胞的粘附和增殖進行。結(jié)果表明，微弧氧化處理過后的鈦材料的增強細胞的粘附、增殖、細胞相容性和骨整合性能較未處理的純鈦相比，均有所提高。Wei 等[50]通過使用含磷、鈣及鈉元素的電解液通過微弧氧化法在 Ti-6Al-4V 鈦合金基體制備生物活性涂層，涂層主要含有銳鈦礦相，后續(xù)通過 60oC 的 NaOH 溶液中水熱處理 24 小時，，再經(jīng)過 800oC 的熱處理 1 小時，經(jīng)過后續(xù)處理的涂層主要
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TG174.45

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 Wei Zhu;Zhenxiang Zhang;Beibei Gu;Junying Sun;Lixian Zhu;;Biological Activity and Antibacterial Property of Nano-structured TiO_2 Coating Incorporated with Cu Prepared by Micro-arc Oxidation[J];Journal of Materials Science & Technology;2013年03期

本文編號：2547482