（材料加工工程專業(yè)論文）微弧氧化制備Ti6Al4V生物薄膜的工藝研究.pdf

江蘇大學(xué)碩士學(xué)位論文 摘要 本文對(duì)t i 6 a 1 4 v 生物薄膜的微弧氧化( m a o ) 制備工藝進(jìn)行了研究，在前 人研究的基礎(chǔ)上，通過(guò)大量的試驗(yàn)對(duì)微弧氧化表面處理工藝參數(shù)的設(shè)定進(jìn)行了有 益的探索，研究了在d 甘油磷酸鈉和醋酸鈣組成的電解液體系中，以不同的工藝 參數(shù)如電流密度、占空比、頻率、氧化時(shí)間進(jìn)行微弧氧化處理，對(duì)t i 6 a 1 4 v 表面 所生成的薄膜厚度、形貌、相組成等的影響。通過(guò)水熱處理的手段誘發(fā)了膜層羥 基磷灰石的生成，并進(jìn)行了模擬體液浸泡試驗(yàn)及抗凝血試驗(yàn)，檢測(cè)了膜層生物活 性及生物相容性。 研究結(jié)果表明：在恒流模式下，t i 6 a 1 4 v 微弧氧化所采用的電流密度、占空 比及氧化時(shí)間等工藝參數(shù)對(duì)氧化膜的生長(zhǎng)與組織結(jié)構(gòu)有顯著的影響，但脈沖頻率 影響較小。合金表面生成的微孔數(shù)目大小均受上述四個(gè)因素的影響。總的影響效 果為，隨電流密度的增大，占空比的增加，氧化時(shí)間的延長(zhǎng)，微孔數(shù)目減少，尺 寸增加，與脈沖頻率增加的情形相反。x r d 分析表明，t i 6 a 1 4 v 微弧氧化生物薄膜 主要由銳鈦礦型t i 0 2 和金紅石型t i 0 2 組成。隨電流密度的增大，金紅石相t i 0 2 的含量逐漸增加，溶液中的c a 、p 元素進(jìn)入到膜層形成非晶相。氧化時(shí)間，占空 比對(duì)微弧氧化膜生長(zhǎng)與組織結(jié)構(gòu)的影響與電流密度相類(lèi)似。隨著脈沖頻率的增 大，氧化膜的厚度降低、表面微孔尺寸減小，表面微孔數(shù)目增加。當(dāng)頻率在5 0 0 h z 至9 0 0 h z 時(shí)，對(duì)氧化膜中兩種晶型t i 0 2 的相對(duì)含量沒(méi)有影響。劃痕試驗(yàn)表明，膜 層與基體間的結(jié)合力隨電流密度、占空比的增加而減小，隨脈沖頻率、氧化時(shí)間 的增加而增大。水熱處理試驗(yàn)表明，經(jīng)水熱合成處理后的氧化鈦膜層表面的無(wú)定 形物質(zhì)能轉(zhuǎn)變?yōu)榻Y(jié)晶態(tài)羥基磷灰石( h a ) 。隨著水熱處理?xiàng)l件的變化，生成的 h a 的數(shù)量，顆粒大小，分布均會(huì)有所不同。模擬體液浸泡試驗(yàn)結(jié)果表明，經(jīng)水 熱處理的微弧氧化試樣可以在模擬體液中生成羥基磷灰石，隨著浸泡時(shí)問(wèn)的延 長(zhǎng)，生成的羥基磷灰石的量不斷增加，表明其具有較好的生物活性。血液相容性 試驗(yàn)表明：m a o 生物膜層表面的血液凝固特性弱，凝血時(shí)間較長(zhǎng)，m a o 膜層的 血小板粘附量明顯少于t i 6 a 1 4 v 合金，血液相容性顯著提高。 關(guān)鍵詞：鈦合金，微弧氧化，水熱處理，生物活性，生物相容性 江蘇大學(xué)碩士學(xué)位論文 b a s e do nt h ep r e v i o u sr e s e a r c h ，t h i sp a p e ri n v e s t i g a t e st h et e c h n i c so fb i o a c t i v e o x i d a t i o no nt i 6 a 1 4 vb ym i c r o - a r co x i d a t i o n t h e t h et h e s i si sa b o u tm i c r o - a r c o x i d a t i o no ft i 6 a 1 4 v ，b a s e do nl o t so fe x p e r i m e n t sa p p l y i n gm i c r o a r co x i d a t i o n p a r a m e t e ru n d e r c o n s t a n tc u r r e n tc o n d i t i o n i n f l u e n c eo fe l e c t r o n i c p a r a m e t e r s ( c u r r e n td e n s i t y ，d u t yc y c l e ，f r e q u e n c ya n dt i m e ) a l es t u d i e do nt i 6 a 1 4 vc o a t i n g t h i c k n e s s ，s u r f a c ea n dc o m p o s i t i o no fp h a s ei nt h eb - c 3 h 7 n a 20 6 1 5 h 2 04 + ( c h 3 c 0 0 ) 2 c a h 2 0s o l u t i o n b i o a c t i v i t ya n db i o c o m p a t i b f l i t yp r o p e r t yo ft h ef i l m a f t e rt r e a t m e n to fd i f f e r e n te l e c t r o n i cp a r a m e t e r sw a sa n a l y z e db ys o a ki ti n t o s i m u l a t eb o d yf l u i da n db ya n t i c o a g u l a t i o ne v a l u a t i o na n dt h e g e n e r a t i o n o f h y d r o x y a p a t i t ew a si n d u c e db yh y d r o t h e r m a ls y n t h e s i s t h er e s u l ts h o w e d ，t h e g r o w t ha n ds t r u c t u r eo ft ia l l o yo x i d a t i o nc o a t i n g c a l lb e a f f e c t e do b v i o u s l yb yc u r r e n td e n s i t y ，d u t y c y c l ew i t hc o n s t a n tc u r r e n ta n do x i d a t i o n t i m e ，b u tn o tb yf r e q u e n c y 。t h en u m b e ra n ds i z eo fm i c r o p o r ea r ea f f e c t e db yt h e a b o v ef o u rf a c t o r sa tt h es a m et i m e w i t ht h ei n c r e a s i n go fo x i d a t i o nt i m e ，d u t yc y c l e a n dc u r r e n td e n s i t y ，t h en u m b e ro fm i c r o p o r ed e c r e a s e s ，t h es i z eo fm i c r o p o r e i n c r e a s e s t h i si so p p o s i t ew i t hf r e q u e n c y x r ds h o w e dt h eo x i d a t i o nc o a t i n gi s m a i n l yc o m p o s e do fa n a t a s ea n dr u t i l et i 0 2 t h el a t t e ri n c r e s e s 、析t i lt h ei n c r e a s eo f t h ec u r r e n td e n s i t y ，a m o r p h o u sp h a s ef o r m e da st h ee n t r a n c eo fc aa n dpi n t ot h e c o a t i n g d u t yc y c l ea n do x i d a t i o nt i m eh a v eas i m i l a ri n f l u e n c et ot h et h eg r o w t ha n d c o m p o s i t i o no fm i c r o a r co x i d a t i o n w i mt h ei n c r e a s eo ft h ei m p u l s ef r e q u e n c y ， t h i c k n e s st u r n sl o w e r ，s i z eo fm i c r o p o r eo nt h ec o a t i n gs u f a c eb e c o m e sl e s s ，b u t n u m b e r sg r a d u a l l yi n c r e a s e w h e nf r e q u e n c yi sb e t w e e n5 0 0 h za n d9 0 0h z ， i n f l u e n c eo fi m p u l s ef r e q u e n c yi sn o ts oo b v i o u st ot h er e l a t i v ec o n t e n to fa n a t a s e a n dr u t i l et i 0 2 t h es c r a t c ha d h e s i o nt e s ts h o w e d ：b o n db e t w e e nc o a t i n ga n d m a t r i xd e c r e a s e sw i t hd u t yc y c l ei n c r e a s e sa n dc u r r e n td e n s i t yi n c r e a s e s w h i l e g r a d u a l l yi n c r e a s ew i t hi n c r e a s eo ff r e q u e n c yu n d e rc o n s t a n tc u r r e n tc o n d i t i o n h y d r o t h e r m a ls y n t h e s i s ( h s ) s h o w e d ，d i f f e r e n tm e d i u m ，t e m p e r a t u r ea n dd i s p o s e d t i m ea f f e c tt h em o r p h o l o g y ，t h eq u a n t i t y ，d i s t r i b u t i o na n dt h er i m ee x t e n to ft h eh a 江蘇大學(xué)碩士學(xué)位論文 a m o r p h o u ss u b s t a n c eo nt h es u r f a c ei st r a n s f o r m e di n t ot h ec r y s t a lh a s t i m u l a t e d b o d yf l u i di m m e r s i o ne x p e r i m e n t ss h o w e d ：t ia l l o yi n d u c e sf o r m i n gh a i nt h es b f a f t e rt r e a t e dw i mm a o - h s t h e q u a n t i t yo fh a i n c r e a s e sw i t he x t e n s i o no ft i m ea n d t h ec o a t i n gh a sg o o db i o a c t i v i t y h a e m o c o m p a t i b i l i t ye x p e r i m e n tf i n d st h a tt h eb l o o d d o t t i n gt i m eo ft h ec o a t i n gi sm u c hl o n g e rt h a nt h a to ft ia l l o y ：a n dt h ep l a t e l e t s t i c k i n gn u m b e ro nt h ec o a t i n gi so b v i o u s l yl e s st h a nt h o s eo nt h et ia l l o y t h e s e i n d i c a t et h a tt h eh a e m o c o m p a t i b i l i t yo ft h ec o a t i n gi sr e m a r k a b l ys u p e r i o rt ot h et i a l l o y k e yw o r d s ：t ia l l o y ，m i c r o - a r eo x i d a t i o n ，h y d r o t h e r m a ls y n t h e s i s ，b i o a c t i v i t y ， b i o c o m p a t i b i l i t y m 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書(shū) 本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定， 同意學(xué)位保留并向國(guó)家有關(guān)部門(mén)或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版， 允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)江蘇大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部 內(nèi)容或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃 描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。 本學(xué)位論文屬于 保密口，在年解密后適用本授權(quán)書(shū)。 不保密眵。 學(xué)位論文作者簽名：孑k 笮里 鉚護(hù)7 年歲月弘e t 指導(dǎo)教師簽名： f 月彳。日 獨(dú)創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：所呈交的學(xué)位論文，是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，獨(dú) 立進(jìn)行研究工作所取得的成果。除文中已注明引用的內(nèi)容以外，本論 文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)過(guò)的作品成果。對(duì)本文 的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本 人完全意識(shí)到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。 學(xué)位論文作者簽名：孫藿望 日期：哆?？诹_年廠月夕e t 江蘇大學(xué)碩士學(xué)位論文 第一章緒論 1 1 生物材料簡(jiǎn)介 生物材料( b i o m a t e r i a l s ) 有時(shí)也稱為生物醫(yī)用材料( b i o m e d i c a lm a t e r i a l s ) ，一般 是指具有特殊性能、特種功能，能用于人工器官、外科修復(fù)、理療康復(fù)、診斷、 檢查、治療疾患等醫(yī)療和保健領(lǐng)域，而對(duì)人體組織和體液無(wú)不良影響的材料【1 。2 1 。 人類(lèi)利用生物材料的歷史與人類(lèi)歷史一樣漫長(zhǎng)，依據(jù)其發(fā)展歷史和材料本身的特 點(diǎn)，可分為：2 0 世紀(jì)初第一次世界大戰(zhàn)以前所使用的生物材料可歸于第一代生 物材料，代表材料有石膏、金屬、橡膠以及棉花等；到2 0 世紀(jì)8 0 年代中期，第 二代生物材料出現(xiàn)，其發(fā)展是以醫(yī)學(xué)、材料科學(xué)、生物化學(xué)和物理學(xué)為基礎(chǔ)，目 的是“能夠與替換組織相匹配，在母體內(nèi)具有最小的毒性，實(shí)現(xiàn)與身體機(jī)能一致 ， 代表材料有生物活性玻璃、纖維蛋白等：目前已經(jīng)出現(xiàn)了第三代生物材料，它們 一般由具有生理活性的組元和控制載體的非活性組元構(gòu)成，具有比較理想的修復(fù) 再生功效，通過(guò)材料之間的復(fù)合，材料與活細(xì)胞的融合，活體材料和人工材料的 雜交等手段，賦予材料特異的靶向修復(fù)、治療和促進(jìn)作用，從而達(dá)到病變組織部 分甚至全部由健康的再生組織所取代。代表材料為細(xì)胞和基因活化材料【3 】。 生物醫(yī)用材料( b i o m e d i c a lm a t e r i a l s1 可以按以下標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分類(lèi)m ：材料屬性、 材料生物功能性、臨床用途等。 按材料屬性分為生物醫(yī)用金屬材料、醫(yī)用高分子材料、生物陶瓷材料、生物 衍生材料及生物醫(yī)學(xué)復(fù)合材料。 按材料生物化學(xué)反應(yīng)水平，又可分為生物惰性材料、生物活性材料、可生物 降解和吸收的生物材料。 按用途可分為硬組織修復(fù)替換材料、軟組織修復(fù)替換材料、與血液、體液及 組織接觸材料、醫(yī)用膜材料、藥物釋放載體材料及臨床診斷生物傳感器等。 與其他各類(lèi)生物材料相比，生物醫(yī)用金屬材料，又稱外科用金屬材料( s u 哂c a l m e t a l1 ，具有良好的生物力學(xué)性能，是臨床應(yīng)用最廣泛的承力植入材料，涉及硬 組織、軟組織、人工器官和外科輔助器材等各個(gè)方面。已經(jīng)用于臨床的醫(yī)用金屬 材料主要有3 1 6 l 不銹鋼、鈦基及鈦基合金等。 生物醫(yī)用材料的研究與開(kāi)發(fā)對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展具有十分重要的意義。 近三十年來(lái)，生物醫(yī)用材料的研究與開(kāi)發(fā)取得了令人矚目的成就，使得數(shù)以 江蘇大學(xué)碩士學(xué)位論文 百萬(wàn)計(jì)的患者獲得康復(fù)，大大提高了人類(lèi)的生命質(zhì)量。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和人 口老齡化，以及工業(yè)、交通、體育等導(dǎo)致的創(chuàng)傷增加，人們對(duì)生物醫(yī)用材料及其 制品的需求越來(lái)越大【7 】。硬組織材料是生物醫(yī)用材料的重要組成部分，在人體硬 組織( 骨、牙等) 的缺損修復(fù)及重建已喪失的生理功能方面起著重要的作用。1 9 9 9 年，全球生物材料及其制品銷(xiāo)售額達(dá)1 0 0 0 億美元，其中硬組織生物材料占1 5 。 我國(guó)骨缺損患者近3 0 0 萬(wàn)，牙缺損患者人數(shù)達(dá)總?cè)藬?shù)的1 3 到1 5 。以人工關(guān)節(jié) 為例，目前國(guó)內(nèi)人工關(guān)節(jié)置換手術(shù)3 5 力例年，年銷(xiāo)售額2 5 億元人民幣。隨著 經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)定發(fā)展健康觀念的更新進(jìn)步，關(guān)節(jié)置換率將以每年約1 5 - - 2 0 的速率 遞增，最終達(dá)到1 0 0 萬(wàn)例年的水平【羽。由此可見(jiàn)，硬組織替代和修復(fù)材料市場(chǎng)前 景廣闊。因此硬組織修復(fù)材料研究一直是生物醫(yī)學(xué)材料領(lǐng)域的熱點(diǎn)【9 - 1 1 1 。 臨床已經(jīng)證明，白體骨移植是治療骨缺損的最好方法，但其來(lái)源有限，取骨 區(qū)有一定的并發(fā)癥。異體骨具有自體骨的一些優(yōu)越的組織特點(diǎn)，但其存在免疫排 斥反應(yīng)，并有感染h i v 和肝炎等病毒的可能，而且制樣、處理和存貯的成本很 高，所以其應(yīng)用受到很大限制【1 2 d 3 1 為了克服這些局限，人們研究了用作骨替代物 的人工材料。為了制備和研究骨修復(fù)材料，了解人體骨組織的物理、化學(xué)及力學(xué) 性能非常重要。就根本而言，替代材料的各方面性能應(yīng)該盡量接近人體自身固有 硬組織的性能指標(biāo)，才能更好地滿足人體的需要。 1 2 骨替代材料的分類(lèi)和現(xiàn)狀 骨替換材料也即骨修復(fù)材料，是替代人體硬組織( 骨骼、牙齒等) 的生物材料， 是重要的生物醫(yī)用材料之一。由于在使用過(guò)程中與人體生理環(huán)境相接觸，因而與 其它功能材料相比，植骨生物材料還必須具備某些特殊要求。一般來(lái)說(shuō)，植骨生 物醫(yī)用材料應(yīng)滿足如下基本要求【1 4 1 ： 1 盡可能小的人體排異性，即植入人體后，無(wú)不良刺激、無(wú)過(guò)敏、不引起感染等 癥狀。 2 足夠的強(qiáng)度和韌性。 3 穩(wěn)定的理化特性。 4 優(yōu)良的生物活性。 作為骨修復(fù)材料，除了具備必需的理化特性外，還需要滿足在生理環(huán)境中工 作的生理學(xué)要求，包括生物安全性、生物相容性及生物功能性。 2 江蘇大學(xué)碩士學(xué)位論文 現(xiàn)有的骨修復(fù)材料主要分為以下四種：醫(yī)用金屬材料、生物陶瓷材料、醫(yī)用 高分子材料和生物復(fù)合材料。 1 2 1 醫(yī)用金屬材料 生物醫(yī)用金屬材料是最早被采用的生物材料，也是目前最常用的骨替換材 料之一，主要用于整形外科和牙科領(lǐng)域。醫(yī)用金屬材料具有較高的強(qiáng)度和韌性 常作為受力器件植入體內(nèi)，如人工關(guān)節(jié)、人工椎體、骨折內(nèi)固定鋼板、骨釘、 牙種植體等。引起的生物反應(yīng)最小是金屬骨替換材料的選擇標(biāo)準(zhǔn)。由于力學(xué)和 環(huán)境的共同要求，用于骨和關(guān)節(jié)重建的金屬主要有不銹鋼( 鐵基) 、鈷基合金 和鈦基材料。其中鈦及其合金具有優(yōu)良的機(jī)械性能和良好的生物相容性，得到 最為廣泛的應(yīng)用【1 5 l 。盡管醫(yī)用金屬材料具有一定的生物相容性，但因其結(jié)構(gòu)和 性質(zhì)與骨相差很大，缺乏生物活性，難以與骨組織發(fā)生鍵性結(jié)合，僅形成一層致 密的纖維包膜，所以其應(yīng)用具有一定的局限性。此外，絕大多數(shù)醫(yī)用金屬材料彈 性模量較骨過(guò)高，易造成骨應(yīng)力吸收，引起種植體松動(dòng)、脫落、失敗。因此，金 屬材料很少單獨(dú)使用，其研究和應(yīng)用主要集中在與其他材料復(fù)合使用方面【1 6 1 。 1 2 2 生物陶瓷材料 陶瓷是指由金屬離子和非金屬離子兩部分以離子鍵結(jié)合的一類(lèi)晶體材料，按 照其生物活性分為生物惰性陶瓷和生物活性陶瓷。 生物惰性陶瓷是指化學(xué)性能穩(wěn)定并與機(jī)體組織生物相容性好的陶瓷材料。 從材料的結(jié)構(gòu)來(lái)看，其化學(xué)鍵較強(qiáng)，具有較高的機(jī)械強(qiáng)度和耐磨損性能，可以 應(yīng)用于各種人工關(guān)節(jié)、人工骨和人工齒根。目前應(yīng)用和研究的生物惰性陶瓷主 要有多晶氧化鋁、單晶氧化鋁、氧化鋯、熱解碳等材料。這類(lèi)材料的特點(diǎn)是機(jī) 械強(qiáng)度良好，但是不具有生物活性，與體內(nèi)組織之間主要依靠形態(tài)結(jié)合，種植 體與生物基體間往往形成一定厚度的纖維組織。 生物活性陶瓷材料是指能與活體骨組織、活體軟組織形成化學(xué)鍵合的陶瓷 材料。對(duì)于硬組織替換材料，這種鍵合主要通過(guò)羥基磷灰石在界面處的沉積來(lái) 實(shí)現(xiàn)。界面結(jié)合強(qiáng)度隨時(shí)間增長(zhǎng)而增強(qiáng)，與骨折愈合的情形相似【1 7 1 。“生物活性” 這一概念是ll h e n c h 于1 9 6 9 年首次發(fā)現(xiàn)生物玻璃與骨的鍵合現(xiàn)象后提出的， 是指“植入體與機(jī)體組織之間不會(huì)形成纖維組織包裹，不被機(jī)體排斥，與宿主組 織直接結(jié)合的性質(zhì)【1 8 1 。 3 江蘇大學(xué)碩士學(xué)位論文 生物活性陶瓷研究和應(yīng)用中，以鈣磷陶瓷為主，包括羥基磷灰石 ( h y d r o x y a p a t i t e ，h a ) 和磷酸三鈣( t r i c a l c i u mp h o s p h a t e ，t c p ) 1 1 9 l 。它們的主 要成分為鈣、磷離子，與骨無(wú)機(jī)質(zhì)相似，骨修復(fù)作用主要體現(xiàn)在骨傳導(dǎo)性方面， 可以為新骨的形成提供支架。 h a 是目前研究較多的一種生物活性材料【刎。它是人體骨骼組織的主要無(wú)機(jī) 成分，含有人體組織所必需的鈣和磷元素。植入體內(nèi)后，在體液的作用下，鈣和 磷會(huì)游離出材料表面，被機(jī)體組織所吸收，并形成新的組織。世界各國(guó)都對(duì)h a 材料進(jìn)行了廣泛的基礎(chǔ)和臨床應(yīng)用研究。有報(bào)道稱，在狗股骨中植入粒狀h a ， 進(jìn)行了長(zhǎng)達(dá)8 年的x 線及組織學(xué)觀察，尚未發(fā)現(xiàn)炎癥及不良反應(yīng)。b r u d e r 2 1 】將 骨髓基質(zhì)細(xì)胞 o n em a r r o ws t r o m a lc e l l s ，b m s c ) 接種于多孔的圓柱狀陶瓷上， 修復(fù)了骨缺損，試驗(yàn)中沒(méi)有出現(xiàn)異常反應(yīng)。由珊瑚得到的多孔h a 具有與松質(zhì)骨 相似的結(jié)構(gòu)，通過(guò)動(dòng)物模型和臨床試驗(yàn)證實(shí)，微血管可以侵入種植塊，然后轉(zhuǎn)化 為成熟骨板，其生長(zhǎng)過(guò)程與自體修復(fù)中所觀察到的現(xiàn)象基本相同。目i j ，珊瑚 h a 植入體已成功地應(yīng)用于網(wǎng)狀干骺端的修復(fù)，但還尚未用于骨干損傷修復(fù)【2 2 1 。 t c p 具有非常高的生物相容性，在骨移植基質(zhì)研究中也受到普遍重視【2 3 1 。 大孔的t c p 被骨組織工程用作干骨重建的骨架。b a k s h 等【刎用聚氨酯海綿方法 編織出具有三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的新型多孔聚磷酸鈣骨架材料( c p p ) ，并進(jìn)行了離體研 究，發(fā)現(xiàn)多孔的c p p 骨架能促進(jìn)骨生長(zhǎng)。1 3 - t c p 屬可吸收生物陶瓷，在體內(nèi)可 逐漸被降解和吸收，新骨可逐漸替換植入體，但其降解和吸收速度與骨形成速度 難以達(dá)到一致，且強(qiáng)度較低，不適于人體承力部位的骨修復(fù)，主要用于矯正小的 骨缺損，如骨缺損腔填充，牙槽脊增高等【2 5 - 2 7 1 。 1 2 3 醫(yī)用高分子材料 醫(yī)用高分子材料是指在生理環(huán)境中使用的高分子材料。用于硬組織修復(fù)的高 分子材料可分為天然高分子材料和人工合成高分子材料兩類(lèi)。天然高分子包括膠 原( c o l l a g e n ) 、纖維蛋白( f i b r i n ) 、幾丁質(zhì)( c h i t i n ) 和藻酸鹽( a l g i n a t e ) 等。這 些天然材料生物相容性好，利于細(xì)胞粘附、增殖和分化，但其力學(xué)性能差，力學(xué) 強(qiáng)度與降解性能間存在反對(duì)應(yīng)關(guān)系，導(dǎo)致降解速度慢，難于滿足組織構(gòu)建的速度 要求。因此，天然高分子生物材料一般不單獨(dú)用作骨修復(fù)材料。人工合成高分子 材料可分為不可降解聚合物和可降解聚合物兩類(lèi)。不可降解的聚合物有聚乙烯、 4 江蘇大學(xué)碩士學(xué)位論文 尼龍等，可降解聚合物主要有聚乳酸( p l a ) 、聚乙醇酸( p g a ) ，聚偶磷氮( p o l y p h o p h a z e n e s ) 、聚原酸酯( p o l y o r t h o d e s t e r ，p o e ) 、聚已內(nèi)酯( p o l y c a p r o l a c t o n e ， p c l ) 、聚酯尿烷( p o l y e s t e r u r e t h a n e ) 、聚酸酐亞胺共聚物、聚羥丁酯( p h b ) 等。 聚乳酸( p l a ) 、聚乙醇酸( p g a ) 以及它們的共聚物( p l g a ) 是目前應(yīng)用最廣的 可降解高分子材料。p l a 是一種具有一定機(jī)械強(qiáng)度和良好加工性能的生物降解 材料，p g a 在體內(nèi)無(wú)毒，無(wú)積蓄，在縫線材料方面的應(yīng)用已證實(shí)其具有良好的 生物相容性。m i k o s 進(jìn)行了大量的研究，采用層壓技術(shù)成功地制成了具有三維多 孔結(jié)構(gòu)的聚合物泡沫，層壓的微孔彼此相通，空隙率達(dá)9 0 。這種多孔結(jié)構(gòu)為細(xì) 胞提供了較大的粘附面，有利于細(xì)胞的粘附，并且允許血管向內(nèi)生長(zhǎng)，從而加速 了移植部位的骨重型捌。b o u n m e e s t e r 用含p e 0 6 0 、p b t 4 0 的p o l y a c t i v e t m 共 聚物來(lái)填充兔子小梁骨和股骨皮質(zhì)的缺損，半定量地測(cè)定了這兩個(gè)部位的成骨 量，發(fā)現(xiàn)該材料可以選擇吸收移植部位附近的鈣，具有生物活性，可以刺激新骨 形成，是一種很有前途的骨移植替代物【冽。 p l a 、p g a 在應(yīng)用過(guò)程中也存在一些缺點(diǎn)：( 1 ) 機(jī)械強(qiáng)度不足，尤其是抗 壓強(qiáng)度不足；( 2 ) 降解速度過(guò)快，容易引起材料結(jié)構(gòu)失去支撐作用；( 3 ) 引起無(wú) 菌性炎癥，這可能與聚合物降解過(guò)程中產(chǎn)生的酸性物質(zhì)有關(guān)；( 4 ) 親水性差，細(xì) 胞吸附力弱【3 0 。1 1 。 以聚甲基丙烯酸甲酯骨水泥( p o l y m e t h y l m e t h a c r y l a t ec e m e n t ，p m m a c ) 為 代表的傳統(tǒng)丙烯酸酯類(lèi)骨水泥是一種由粉劑和液劑組成的室溫自凝粘固劑。 p m m a c 在面團(tuán)期具有可任意塑形的特性和良好的粘固作用，并且在固化后具有 較強(qiáng)的機(jī)械強(qiáng)度【3 2 1 。但p m m a c 屬于生物惰性材料，不能與宿主骨組織形成有 機(jī)的化學(xué)界面結(jié)合【鯽，另外凝固聚合過(guò)程中產(chǎn)生熱量、單體的細(xì)胞毒性作用、 可操作時(shí)間有限等不足也限制其臨床應(yīng)用【3 q 。 1 2 4 生物復(fù)合材料 沒(méi)有一種單一組分能完全滿足理想骨替代材料的要求，鑒于骨組織復(fù)雜的組 織結(jié)構(gòu)及相應(yīng)的功能，研究和開(kāi)發(fā)復(fù)合材料成為一種方向。復(fù)合材料是將兩種或 兩種以上的生物材料相結(jié)合，使復(fù)合后的材料具有多種特性，以提高骨組織修復(fù) 功能。從結(jié)構(gòu)組成方面來(lái)看，骨組織本身就是由骨基質(zhì)和細(xì)胞成分兩大部分構(gòu)成 的復(fù)合物，骨基質(zhì)又由無(wú)機(jī)礦物質(zhì)與膠原等有機(jī)成分組成。因此，為了最大限度 5 江蘇大學(xué)碩士學(xué)位論文 地恢復(fù)骨組織的形態(tài)和功能，可采用復(fù)合方法，取長(zhǎng)補(bǔ)短、集幾種材料的優(yōu)點(diǎn)于 一體，發(fā)揮更好的修復(fù)重建效果l 鯽。復(fù)合材料的種類(lèi)主要包括以下幾種【蛔： ( 1 ) 有機(jī)有機(jī)復(fù)合生物材料 該類(lèi)復(fù)合材料的研究主要集中在可降解高分子材料之間的復(fù)合上，包括天然 高分子材料、生物合成聚酯、人工合成聚酯和聚酸酐等。通過(guò)對(duì)不同組分復(fù)合之 后材料的相容性以及結(jié)構(gòu)和性能的考察，篩選具有最佳綜合性能的復(fù)合生物材 料。 ( 2 ) 有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合生物材料 主要用途在于修復(fù)和重建人體的硬組織，作為骨修復(fù)或骨固定材料，有機(jī) 無(wú)機(jī)復(fù)合生物材料結(jié)合了有機(jī)組分的韌性和無(wú)機(jī)組分的剛性，充分利用了無(wú)機(jī)組 分或部分有機(jī)組分的生物活性或降解性能，形成了具有綜合使用性能的骨修復(fù)復(fù) 合材料，但其工藝復(fù)雜，制作困難。 ( 3 ) 金屬無(wú)機(jī)復(fù)合生物材料 用于人體硬組織修復(fù)的金屬材料具有優(yōu)良的力學(xué)性能，但生物相容性較差。 通過(guò)一些物理或化學(xué)手段( 等離子噴涂，電化學(xué)沉積法等) 在金屬材料表面形成一 層磷酸鈣鹽，能大大改善金屬材料表面的生物相容性，并與周?chē)墓墙M織形成良 好的骨性結(jié)合。與其它兩類(lèi)復(fù)合材料相比，金屬無(wú)機(jī)復(fù)合生物材料是應(yīng)用研究 最為廣泛和深入的一類(lèi)。一般來(lái)說(shuō)，具有降解特性或貫通孔洞的復(fù)合材料能夠被 人體較好地利用，新生骨組織可以長(zhǎng)入到材料內(nèi)部，并與周?chē)M織形成牢靠的結(jié) 合。 復(fù)合材料不僅兼具各組分材料的性質(zhì)，而且可以得到單組分材料不具備的 新性能，特別是生物活性無(wú)機(jī)材料和金屬鈦基材料所形成的復(fù)合材料，模仿了自 然骨的組成和結(jié)構(gòu)。這種復(fù)合材料的出現(xiàn)和發(fā)展，為獲得結(jié)構(gòu)和性質(zhì)類(lèi)似于人體 組織的生物醫(yī)學(xué)材料開(kāi)辟了廣闊的途徑，為人工器官和人工修復(fù)材料的開(kāi)發(fā)與應(yīng) 用帶來(lái)了新的希望f 3 7 1 。鈦及其合金的種植體就是其典型代表。 鈦與鈦合金憑借其較好的生物相容性、耐腐蝕性和綜合力學(xué)性能現(xiàn)已被用作 人工骨和口腔種植牙。其發(fā)展大概可分為三個(gè)時(shí)代【3 8 - 3 9 ，第一個(gè)時(shí)代以純鈦和 t i 6 a 1 4 v 為代表，第二個(gè)時(shí)代是以t i s a l 2 s f e 和t i 6 a 1 7 n b 為代表的新型0 【+ d 型 合金，第三個(gè)時(shí)代則是一個(gè)開(kāi)發(fā)與研制更好生物相容性和更低彈性模量鈦合金的 6 江蘇大學(xué)碩士學(xué)位論文 時(shí)代。 鈦與鈦合金具有出色的生物相容性主要?dú)w功于其表面的t i 0 2 氧化層，t i 0 2 在水等溶劑中的溶解度很低，m 的氧化物與生物分子的反應(yīng)活性很低，接近化學(xué) 惰性。但是，隨著鈦與鈦合金的廣泛應(yīng)用，許多問(wèn)題呈現(xiàn)出來(lái)【加】，( 1 ) 缺少生物 活性。鈦與鈦合金是一種生物惰性材料，其結(jié)構(gòu)和性質(zhì)與骨組織相差很大( 見(jiàn)表 1 1 1 ，通常不能象生物活性材料那樣與宿主骨形成化學(xué)鍵性結(jié)合即新生骨直接在 種植體表面形成隨后直接長(zhǎng)入種植體內(nèi)。( 2 ) 生物力學(xué)相容性較差，鈦與鈦合金 與骨組織的彈性模量相差懸殊，植入體內(nèi)后易產(chǎn)生應(yīng)力集中和骨吸收等不良后 果。( 3 ) 耐磨損性能相對(duì)較低。與不銹鋼等其他金屬材料相比，鈦合金的摩擦因 數(shù)大，耐磨性能差，這使得其植入組織后產(chǎn)生大量的、v 等碎屑，從而引起無(wú) 菌松動(dòng)，導(dǎo)致植入失敗。( 4 ) 耐腐蝕性能需要進(jìn)一步提高。正常條件下，鈦合金 的表面會(huì)生成穩(wěn)定牢固的氧化物鈍化膜，但是在人體環(huán)境下，由于體液和外力的 浸蝕，表面膜會(huì)被剝離溶解。 為了解決鈦與鈦合金在種植過(guò)程中所出現(xiàn)的問(wèn)題，近年來(lái)人們進(jìn)行了許多探 索。一方面是從材料本體入手，研究開(kāi)發(fā)具有更佳綜合性能的醫(yī)用鈦合金。二是 從材料的表面入手，采用各種表面處理的方法對(duì)鈦與鈦合金進(jìn)行處理。 表1 1 金屬生物材料的部分力學(xué)性能 t a b l e l 1t h ep a r tm e c h a n i c sp e r f o r m a n c eo fm e t a lb i o m a t e r i a l s 到目前為止，沒(méi)有一種材料能夠完全滿足臨床使用要求，在應(yīng)用過(guò)程中仍然 存在著各種各樣的問(wèn)題人們逐漸認(rèn)識(shí)到，單一材料很難滿足現(xiàn)代醫(yī)學(xué)的需求， 必須綜合各種材料的優(yōu)勢(shì)，取長(zhǎng)補(bǔ)短，走多種材料組合或復(fù)合的發(fā)展道路，制備 出符合臨床需要的材料【4 1 】。根據(jù)目i i 的研究現(xiàn)狀，開(kāi)發(fā)新型醫(yī)用金屬合金難度 大、周期長(zhǎng)、成本高 4 2 - 4 3 相對(duì)而言，由于植入物與組織間的相互作用僅在表面幾 個(gè)原子層，表面改性處理可以實(shí)現(xiàn)上述要求，因此表面改性在生物醫(yī)用器械研究 與開(kāi)發(fā)中有著較為廣闊的前景。針對(duì)醫(yī)用金屬材料的特點(diǎn)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行了大 7 江蘇大學(xué)碩士學(xué)位論文 量的研究i 刪。 1 3 提高鈦及其合金的生物活性的表面改性技術(shù) 表面改性主要包括三個(gè)方面的內(nèi)容：表面形貌改性、表面化學(xué)成分改性和表 面膜層。目前，在金屬基生物醫(yī)用材料中研究較多的膜層技術(shù)是在鈦與鈦合金表 面涂覆羥基磷灰石，另外還可以通過(guò)涂覆鈦酸鉀、生成多孔鈦和二氧化鈦膜層來(lái) 提高鈦與鈦合金的表面生物活性。 近年來(lái)，金屬生物材料研究的重點(diǎn)是利用表面改性技術(shù)賦予其生物功能性、 提高表面穩(wěn)定性和耐磨性。為獲得更好的生物學(xué)性能，通常采用的技術(shù)是通過(guò)在 材料表面涂覆h a 或其他磷酸鹽生物陶瓷膜層，或進(jìn)行金屬表面氧化物的活化處 理。鈦基表面生物陶瓷膜層的幾種制備方法介紹如下【4 5 1 。 ( 1 ) 等離子噴涂等離子噴涂是近年來(lái)應(yīng)用和研究較多的一種膜層方法。它 以等離子焰流為熱源，利用等離子槍的等離子流將粉末加熱和加速，在熔融或接 近熔融的狀態(tài)下粉術(shù)被噴向基材表面形成膜層。噴涂后一般要進(jìn)行熱處理以降低 殘余應(yīng)力，優(yōu)點(diǎn)：噴涂時(shí)間短，工藝成熟。缺點(diǎn)：等離子噴涂是線型工藝，用于 多孔或形狀復(fù)雜的基底時(shí)膜層難以均勻一致；高溫過(guò)程( 近萬(wàn)攝氏度) 易使h a 分 解；高溫冷卻后基材與膜層界面會(huì)存在很高的殘余應(yīng)力；膜層致密度較低( 氣孔 率常大于5 1 ，植入體內(nèi)易被體液滲入基底和界面腐蝕造成膜層剝落；原始材料 要用高純度的h a 粉末，價(jià)格昂貴；膜層與基材主要為機(jī)械結(jié)合，界面結(jié)合強(qiáng)度 及其穩(wěn)定性令人擔(dān)憂。對(duì)于羥基磷灰石而言，形成的h a 膜層仍是非晶態(tài)，穩(wěn)定 性差，需后續(xù)熱處理。而熱處理又有可能減損基體與膜層及膜層與骨組織之間的 結(jié)合力，而且，原始材料需用的足高純度的h a 粉末，從經(jīng)濟(jì)角度來(lái)說(shuō)較為昂貴。 王迎軍等【懈7 】采用等離子噴涂法制備鈦合金為基材的生物活性梯度膜層，對(duì)膜層 與界面顯微結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究。從膜層橫截面s e m 可見(jiàn)，梯度噴涂粉料樣品膜層 底部與凹凸不平的金屬基材表面緊密結(jié)合，膜層結(jié)構(gòu)致密，膜層中各過(guò)渡層之間 也沒(méi)有明顯界面且結(jié)合緊密，基材與膜層問(wèn)的界面區(qū)域厚度約為2 9 m 5 岬，厚 薄不均。對(duì)該區(qū)域的能譜成分分析表明，界面區(qū)既有膜層中的c a ，p ，z r ，也 有基材中的。 因此，此區(qū)域內(nèi)存在膜層與基材組分的相互擴(kuò)散和化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生微區(qū)的冶 金結(jié)合組織，對(duì)提高膜層與基材的附著強(qiáng)度具有一定意義。而純h a 粉料樣品膜 8 江蘇大學(xué)碩士學(xué)位論丈 層與基材的結(jié)合以機(jī)械嵌合為主，界面明顯，結(jié)構(gòu)較疏松，膜層與基材之間有氣 孔存在，而且膜層內(nèi)部開(kāi)裂嚴(yán)重，裂紋分布明顯。造成兩樣品差異的主要原因是 純h a 膜層與基材的熱膨脹系數(shù)相差太大，冷卻時(shí)兩者產(chǎn)生明顯的不一致收縮所 致。 ( 2 ) 涂覆一燒結(jié)法該方法將涂料制成漿料涂在金屬基底表面，干燥后在高 溫下熱處理，粉料與基材間通過(guò)熱擴(kuò)散和固相反應(yīng)形成膜層。優(yōu)點(diǎn)：通過(guò)工藝控 制可獲得多孔膜層也可以獲得致密膜層。缺點(diǎn)：高溫會(huì)造成h a 的分解，同時(shí)由 于金屬基底和陶瓷膜層之間的熱物理性能差異導(dǎo)致膜層內(nèi)部產(chǎn)生熱應(yīng)力而降低 結(jié)合強(qiáng)度，甚至使膜層產(chǎn)生微裂紋和剝落。劉金強(qiáng)等【鈣】通過(guò)球磨混合h a 和面 粉末、冷壓成形及真空燒結(jié)，制得不同配比的h a 和的復(fù)合材料。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn) h a 與之間雖有一定程度的晶格失配，但仍有良好的界面結(jié)合。h a 與的界 面有平緩的過(guò)渡區(qū)域，表明h a 與之間有原子間的互擴(kuò)散，并且互擴(kuò)散程度 隨燒結(jié)溫度而提高。因此可以實(shí)現(xiàn)h a 與鈦基材界面問(wèn)的原子結(jié)合。 ( 3 ) 溶膠一凝膠法在鈦酸酯( 鈦酸甲酯、鈦酸乙酯或鈦酸t(yī) 酯) f l q 醇溶液中加入 少量水，酯水解并聚合形成膠體。將膜層配料制成溶膠，均勻覆蓋在基底表面， 由于溶劑迅速揮發(fā)，配料發(fā)生縮聚反應(yīng)膠化，再經(jīng)干燥和熱處理獲得膜層。優(yōu)點(diǎn)： 通過(guò)改變熱處理溫度、保溫時(shí)間以及膜層溶液中的有機(jī)添加劑可以很容易改變膜 層中的結(jié)晶度、相種類(lèi)、孔隙大小等，也易得到納米晶膜層。缺點(diǎn)：界面結(jié)合強(qiáng) 度較低。 ( 4 ) 仿生溶液生長(zhǎng)法該方法基于異相形核原理，將金屬基材預(yù)處理形成活性 金屬氧化物表層后浸入模擬體液中，在仿生物環(huán)境下金屬表面上自發(fā)生長(zhǎng)出h a 膜層，膜層具有柱狀組織，與人體骨組織相似，生物活性較好。1 9 9 0 年k o k u b o 首次報(bào)道了能在生物活性玻璃表面促進(jìn)磷灰石形成的類(lèi)似于人體血漿的模擬體 液f ( s i m u l a t e db o d yf l u i ds b f ) 4 9 1 。近年來(lái)用這種模擬體液對(duì)各種生物材料進(jìn)行體 外生物性能研究，結(jié)果表明其體外模擬結(jié)果與體內(nèi)結(jié)果具有很好的吻合性，因此 被廣泛應(yīng)用于研究生物材料的生物活性。項(xiàng)艷凡等人【5 0 】采用該法對(duì)商用純鈦進(jìn) 行表面處理，經(jīng)過(guò)處理的樣品表面形成一層薄的鈣磷膜層，s e m 和e d s 分析表 明，膜層晶體構(gòu)型均一，x r d 和f t i r 分析晶體組成主要為碳酸羥基磷灰石。采 用成骨細(xì)胞體外培養(yǎng)方法，探討仿生礦化膜層對(duì)于細(xì)胞初期附著、增殖的影響。 9 江蘇大學(xué)碩士學(xué)位論文 認(rèn)為鈣磷膜層可以提高成骨細(xì)胞的初期附著率，而對(duì)于細(xì)胞的增殖行為影響不 大。而仿生法得到的膜層比其它方法具有更高的骨結(jié)合能力，不受基材形狀限制， 可控制微觀結(jié)構(gòu)，可以和生物活性分子同時(shí)沉積，工藝簡(jiǎn)單。但金屬表面預(yù)處理 方法、浸泡介質(zhì)以及膜層與金屬的結(jié)合強(qiáng)度需要進(jìn)一步研究。 ( 5 ) 微弧氧化( m i c r o a r co x i d a t i o nm a o ) 法微弧氧化技術(shù)作為一種新興的表 面處理技術(shù)，正日益受到人們的重視。其能生成陶瓷膜的特點(diǎn)決定了它在軍工、 航空、航天、機(jī)械、紡織、汽車(chē)、醫(yī)療，電子、裝飾等許多領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng) 用前景，見(jiàn)表1 2 ?？筛鶕?jù)不同的需要，制備防蝕、防腐、耐磨、裝飾、電防護(hù)、 光學(xué)、其它功能性等膜層。 表1 - 2 微弧氧化陶瓷層的應(yīng)用領(lǐng)域1 5 1 1 t a b l e1 - 2t h ea p p l i e df i e l do fm i c r o - a r ko x i d a t i o nc e r a m i cc o a t i n g 應(yīng)用領(lǐng)域應(yīng)用實(shí)例所用性能 航天、航空、機(jī)械、汽車(chē)軸、氣動(dòng)原件、密封環(huán)耐磨性 石油、化工、造船、醫(yī)療管道、閥門(mén)、人工關(guān)節(jié)耐磨性、耐蝕性 紡織機(jī)械紡杯、壓掌、滾筒耐磨性 電器電容器線圈絕緣性 兵器、汽車(chē)貯藥倉(cāng)、噴嘴耐熱性 建材、r 用品 裝飾材料、電慰斗耐磨、耐蝕、色彩 微弧氧化又稱微等離子體氧化或陽(yáng)極火花沉積，是一種比較新穎的電化學(xué)工 藝，關(guān)于這一方法最先報(bào)道出現(xiàn)在2 0 世紀(jì)4 0 年代【5 2 1 ，7 0 年代研究發(fā)展較快。 微弧氧化是將金屬或其合金放在電解質(zhì)溶液中，利用電化學(xué)方法在材料表面產(chǎn)生 火花放電斑點(diǎn)，在熱化學(xué)、等離子化學(xué)和電化學(xué)的共同作用下引起陽(yáng)極上微等離 子體擊穿，直接在金屬表面原位生成氧化物陶瓷膜層的技術(shù)【5 3 硼。它由陽(yáng)極氧化 發(fā)展而來(lái)，但施加了幾百伏的高電壓，突破了陽(yáng)極氧化對(duì)電壓的限制。擊穿時(shí)在 陽(yáng)極上可以看到大量不同強(qiáng)度的火花。擊穿區(qū)( 在電解質(zhì)水溶液中) 的局部溫度可 達(dá)幾千度，而電弧的顯微容積內(nèi)的壓力可達(dá)到1 0 0 m p a 。除此之外，還有局部高 電場(chǎng)強(qiáng)度。因此，不僅電極的化學(xué)元素而且電解質(zhì)的成分都可以參與在陽(yáng)極表面 的成膜反應(yīng)。通過(guò)改變工藝條件和電解液中組成元素可以調(diào)整膜層的微觀結(jié)構(gòu)和 形貌，實(shí)現(xiàn)膜的功能設(shè)計(jì)。該法工藝簡(jiǎn)單、可以處理形狀各異的零件，最先應(yīng)用 在鋁表面生成氧化陶瓷膜。國(guó)外已經(jīng)有l(wèi) e es u h e e 5 踟，l i a n gb o j i a n l 5 9 1 ， s u l y o u n g t a e g 6 0 1 ，l i t 6 1 】等人開(kāi)始將該技術(shù)用于醫(yī)用鈦與鈦合金的表面改性，改善 鈦合金的生物相容性。國(guó)內(nèi)也有單位開(kāi)始用于醫(yī)用鈦與鈦合金改性，如西安交通 1 0 江蘇大學(xué)碩士學(xué)位論文 大學(xué)1 6 2 - 6 4 1 、第四軍醫(yī)大學(xué)廠腔醫(yī)學(xué)院1 6 5 - 6 6 1 、哈爾濱工業(yè)大學(xué)1 6 7 側(cè)等。在含磷酸 根和鈣離子的電解液中對(duì)鈦與鈦合金表面進(jìn)行微弧氧化處理，可以獲得多孔且富 含鈣、磷的二氧化鈦膜層，可望有效提高生物相容性和骨誘導(dǎo)性。 在對(duì)鈦與鈦合會(huì)進(jìn)行微弧氧化時(shí)，主要控制電壓、電流、占空比、反應(yīng)時(shí)間、 頻率、材料以及電解液配方等參數(shù)，改變材料表面 r i 0 2 膜層以及膜層的組成、 結(jié)構(gòu)、形貌、力學(xué)性能及生物功能。王亞明等人【7 0 】得出的不同占空比對(duì)面膜層 有很大影響，在常壓方式下隨著占空比的增大，膜層的生長(zhǎng)率增加且變得粗糙， 同時(shí)n 0 2 膜層的主晶相會(huì)由銳鈦礦型逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榻鸺t石型，這與電壓的升高時(shí)其 晶相的變化趨勢(shì)是一致的。薛文斌1 7 1 7 2 】等人通過(guò)對(duì)微弧氧化膜層的顯微硬度和彈 性模量進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)不同深度金紅石t i 0 2 和t t a l 0 2 相的相對(duì)含量決定了硬度 和彈性模量的變化。周慧【7 3 】對(duì)鈦合金進(jìn)行微弧氧化后發(fā)現(xiàn)鈦的抗高溫氧化性能 顯著提高。 微弧氧化工藝雖然是表面處理中一種比較理想的方法，但是仍然存在不少問(wèn) 題：( 1 ) 鈦合金表面微弧氧化后形成t i 0 2 氧化膜層，其生物活性還有待提高；( 2 ) 膜層鈦材結(jié)合強(qiáng)度與微弧氧化工藝參數(shù)的關(guān)系還不太清楚，還有待深入研究； ( 3 ) 氧化膜層厚度與生物活性及膜層鈦材結(jié)合強(qiáng)度的關(guān)系還有待探討；( 4 ) 膜層為 多孔狀態(tài)，其摩擦磨損特性還有待進(jìn)一步研究；( 5 ) 膜層晶型結(jié)構(gòu)( 金紅石型和銳 鈦礦型、對(duì)生物活性的影響規(guī)律尚有爭(zhēng)議等。 1 4 本課題研究的內(nèi)容和意義 鈦合金在醫(yī)用材料上具有很重要的地位，尤其是作為表面改性使用的醫(yī)用金 屬材料，目前還是以鈦和鈦合金為主。盡管人們采用了各種各樣的方法對(duì)鈦合金 進(jìn)行了表面處理，但還是存在諸如鈦表面的羥基磷灰石結(jié)合強(qiáng)度不夠，骨細(xì)胞的 附著生長(zhǎng)條件有待提高等問(wèn)題。鈦合金表面的生物活化膜的制備工藝仍需要進(jìn)一 步的完善，其中包括已經(jīng)投入臨床應(yīng)用的等離子噴涂法制備的鈦基h a 膜層牙種 植體和骨科材料等。因此，尋求新的表面改性和涂覆方法以制備更加理想的種植 體仍然是一個(gè)迫切需要解決的課題。 微弧氧化技術(shù)是新近發(fā)展起來(lái)的一種表面改性新技術(shù)，特別適用于鈦、鋁、 鎂等金屬的表面改性處理。其氧化產(chǎn)物是一種多孔的、與基質(zhì)結(jié)合牢固的、具有 陶瓷特性的氧化物，這層氧化物與材料基質(zhì)本身相比，其耐磨、耐蝕、電絕緣等 江蘇大學(xué)碩士學(xué)位論文 性能得到明顯的改善。 本文的主要研究?jī)?nèi)容如下： 1 研究微弧氧化工藝參數(shù)對(duì)鈦表面生物氧化膜層組織、成分和性能的影響，探討 氧化膜層形成機(jī)制，測(cè)試鈦基膜層復(fù)合材料與基體的力學(xué)性能。 2 研究水熱合成處理工藝參數(shù)對(duì)t i 6 a 1 4 v 微弧氧化膜層誘發(fā)生成羥基磷灰石的影 響 3 通過(guò)模擬