本文關(guān)鍵詞： 微弧氧化 鈦 磷灰石 藥物緩釋 溶血性能 細(xì)胞學(xué)行為 種植體　出處：《哈爾濱工業(yè)大學(xué)》2012年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：本文采用微弧氧化的方法在實體鈦及微珠燒結(jié)的多孔鈦表面制備了TiO_2基含硅鈣元素的微弧氧化涂層。通過后續(xù)熱處理和水熱處理的方法對實體鈦表面微弧氧化涂層進(jìn)行表面改性。采用X射線衍射(XRD)、拉曼光譜(Raman)、掃描電子顯微鏡(SEM)、原子力顯微鏡(AFM)、X-射線光電子譜(XPS)、傅立葉變化紅外光譜(FT-IR)、透射電子顯微鏡(TEM)、力學(xué)萬能實驗機(jī)和納米壓痕儀等分析手段研究了實體鈦表面微弧氧化涂層改性前后和多孔鈦表面微弧氧化涂層的組織結(jié)構(gòu)、力學(xué)性能、物化性能及涂層在模擬體液中誘導(dǎo)磷灰石的能力。采用酶標(biāo)儀、激光共聚焦顯微鏡(CLMS)、紫外分光光度計等分析手段，研究了涂層表面細(xì)胞增殖、黏附、細(xì)胞骨架、細(xì)胞活性等細(xì)胞學(xué)行為和血液相容性。通過種植體兔脛骨體內(nèi)植入的實驗方法、采用X射線影像、Micro-CT、生物力學(xué)測試、組織學(xué)切片等分析手段研究了種植體與兔脛骨組織的結(jié)合能力和體內(nèi)相容性。此外，為解決植入體導(dǎo)致的炎癥問題，本文研究了在涂層表面上載抗生素藥物及釋放機(jī)制。 本文采用了100、200、400、600μm直徑的鈦珠真空燒結(jié)制備了多孔鈦。采用EDTA-2Na~+Ca((CH_3COO)_2.H_2O+Na_2SiO_3.9H_2O+NaOH的電解液，在實體鈦和多孔鈦表面制備了TiO_2基含硅鈣微弧氧化涂層(SC)。SC涂層中主要物相為銳鈦礦，涂層和基體之間界面結(jié)合良好。SC涂層中主要含有Ca、Si、Na、Ti和O元素。隨著微弧氧化電壓升高，SC涂層表面Ca、Si和Na含量增加，Ti含量降低。各種元素在涂層內(nèi)部存在梯度分布。SC涂層中Ti、O、Ca、Si分別對應(yīng)Ti~(4+)和Ti~(2+)、O~(2-)、Ca~(2+)、Si~(4+)化學(xué)態(tài)。電壓對Ca和Si元素的化學(xué)態(tài)沒有明顯的影響。隨著制備電壓增高，SC涂層表面硬度、彈性模量、抗腐蝕性提高,潤濕性和表面粗糙度增加。隨著鈦珠直徑的增加，多孔鈦孔隙率與力學(xué)性能逐漸降低。多孔鈦SC涂層厚度隨鈦珠直徑增加而升高。 SC涂層經(jīng)過700℃和800℃熱處理后表面形成金紅石和榍石，表面變得粗糙，涂層厚度增加，抗腐蝕性能和力學(xué)性能提高。SC涂層熱處理后除了Ti~(2+)轉(zhuǎn)化為Ti~(4+)以外，其它各個元素的化學(xué)態(tài)不變。水熱處理SC涂層表面形成竹葉狀、條狀、線狀TiO_2。在水熱反應(yīng)過程中，Si、Ca離子發(fā)生溶解。此外，SC涂層水熱處理過程中，涂層中的TiO_2會受到OH-離子的攻擊，形成HTiO_3~-離子，引起Ca~(2+)和Na~+離子在涂層表面沉積，從而形成鈦酸鈣和鈦酸鈉水合物。 在SBF浸泡過程中，SC涂層中的Na~+離子能夠和SBF中的H_3O~+離子發(fā)生離子交換形成Si-OH，增強(qiáng)了磷灰石的形核。而且磷灰石能夠生長嵌入SC涂層的微孔中。此外，電壓增加使得SC涂層中Si、Ca含量增加，從而提高了磷灰石誘導(dǎo)能力。多孔鈦SC涂層磷灰石誘導(dǎo)能力優(yōu)于實體鈦SC涂層，，主要由于多孔結(jié)構(gòu)和多孔鈦SC涂層中引入的Si、Ca元素的含量高。由于榍石相的增多，熱處理SC涂層隨熱處理溫度升高誘導(dǎo)磷灰石能力增強(qiáng)。SC涂層經(jīng)過水熱處理以后形成HA和鈦酸鹽水合物，磷灰石誘導(dǎo)能力明顯增強(qiáng)。在SBF浸泡過程中，鈦酸鹽水合物中的Ca~(2+)和Na~+離子與SBF中的H_3O~+離子發(fā)生交換形成Ti-OH，提高了磷灰石形成能力。各種誘導(dǎo)的磷灰石都含有HPO4~(2-)和CO3~(2-)等功能團(tuán)。 SC涂層及其改性涂層表面上載的頭孢唑林鈉/殼聚糖復(fù)合藥物薄膜具有藥物緩釋性能。藥物薄膜能夠沉積到微弧氧化的微孔中，涂覆次數(shù)增加、殼聚糖的引入能增強(qiáng)頭孢唑林鈉的緩釋能力。800oC熱處理SC涂層表面藥物緩釋能力略好于其它涂層。多孔鈦SC涂層表面藥物緩釋能力好于實體鈦SC涂層，因為多孔鈦具有更大的承載藥物空間。殼聚糖和頭孢唑林鈉之間主要通過庫倫作用、范德華力作用、氫鍵作用等形式進(jìn)行結(jié)合。藥物薄膜和SC及熱處理SC涂層之間也會出現(xiàn)各種物理化學(xué)吸附反應(yīng)，涉及到涂層的Si-OH、Ti-O結(jié)構(gòu)和藥物的-C=O、OH、-NH2基團(tuán)發(fā)生作用。 隨著微弧氧化電壓增高，SC涂層表面細(xì)胞增殖能力增強(qiáng)，涂層表面細(xì)胞活性與純鈦無差別，細(xì)胞骨架結(jié)構(gòu)優(yōu)于純鈦表面。多孔鈦SC涂層表面細(xì)胞黏附能力早期弱于純鈦表面，但是后期黏附能力強(qiáng)于鈦表面，且細(xì)胞黏附形態(tài)與鈦珠直徑有關(guān)。多孔鈦SC涂層利于早期的細(xì)胞增殖，細(xì)胞培養(yǎng)7天后與未氧化多孔鈦增殖能力無顯著差別。不同直徑鈦珠燒結(jié)多孔鈦SC涂層表面細(xì)胞活性差別不顯著，多孔鈦結(jié)構(gòu)利于優(yōu)化表面細(xì)胞肌動蛋白骨架。隨著熱處理溫度提高，SC涂層表面的細(xì)胞黏附，增殖、細(xì)胞活性等均提高，細(xì)胞形態(tài)與骨架結(jié)構(gòu)優(yōu)良。水熱處理SC涂層表面利于細(xì)胞黏附和增殖，細(xì)胞黏附形態(tài)完整。不同水熱處理條件制備的SC涂層表面細(xì)胞黏附率、增殖率和細(xì)胞活性無顯著差別。本實驗各種涂層均無溶血能力，血液相容性良好。 不同電壓制備的SC涂層種植體、熱處理SC涂層種植體植入兔脛骨內(nèi)，體內(nèi)相容性優(yōu)良，在植入期間無排斥感染現(xiàn)象出現(xiàn)。種植體周圍骨組織吸收良好，沿種植體有骨組織生長。自兔脛骨內(nèi)取出的種植體可觀察到沉積的骨組織和成骨細(xì)胞，骨組織與種植體的結(jié)合強(qiáng)度隨微弧氧化電壓和熱處理溫度增加而加強(qiáng)。多孔鈦SC涂層種植體植入兔脛骨內(nèi)，表現(xiàn)出的生物性能與實體鈦SC種植體類似，但是與骨組織的結(jié)合強(qiáng)度高于實體鈦SC涂層，因為多孔鈦SC涂層的孔隙中有骨組織的長入。組織學(xué)觀察植入兔體內(nèi)三個月各種種植體均與骨組織良好結(jié)合。 綜上，本文中實體鈦SC涂層、熱處理和水熱處理實體鈦SC涂層及多孔鈦SC涂層展現(xiàn)出了優(yōu)良的磷灰石誘導(dǎo)能力、細(xì)胞相容性、血液相容性和體內(nèi)生物活性，同時涂層表面涂覆頭孢唑啉鈉/殼聚糖藥物膜具有明顯的緩釋作用。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號】：R318.08;TG174.4

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 左洪波，孔慶山，尚欠琦;等離子體增強(qiáng)電化學(xué)表面陶瓷化技術(shù)[J];材料保護(hù);1995年07期

2 徐淑華,王迎軍,羅承萍;生物羥基磷灰石涂層材料的研究進(jìn)展[J];材料導(dǎo)報;2002年01期

3 姚忠平;姜兆華;郝國棟;王福平;;高溫氧化對鈦合金微弧氧化陶瓷膜組成與結(jié)構(gòu)的影響[J];材料科學(xué)與工藝;2008年01期

4 鄒鶉鳴;張二林;曾松巖;;纖維燒結(jié)多孔鈦及其表面生長仿生Ca-P涂層[J];稀有金屬材料與工程;2007年08期

5 鄒鶉鳴;張二林;毛玉紅;曾松巖;;鈦表面仿生制備Si-HA涂層的熱力學(xué)分析[J];稀有金屬材料與工程;2007年11期

6 郝國棟;姜兆華;姚忠平;吳曉宏;線恒澤;;焙燒氣氛對Ti-6Al-4V合金微弧氧化陶瓷膜相組成影響[J];稀有金屬材料與工程;2007年S2期

7 陳根余;吳漢華;唐元廣;常鴻;徐銘澤;;外電阻對純鈦微弧氧化膜特性的影響[J];稀有金屬材料與工程;2010年08期

8 魏同波,田軍,閻逢元;LY12鋁合金微弧氧化陶瓷層的結(jié)構(gòu)和性能[J];材料研究學(xué)報;2004年02期

9 石玉龍,茹鳳虎,彭紅端,謝廣文;鋁材表面的等離子微弧氧化技術(shù)研究[J];電鍍與涂飾;2000年01期

10 曾敏峰,孫旭東,姚獻(xiàn)東,季根忠,齊陳澤,方征平;殼聚糖基多孔膜的制備方法進(jìn)展[J];高分子材料科學(xué)與工程;2005年02期

本文編號：1514517