钛表面微弧氧化法制备抗菌性钙磷涂层

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钛(Ti)因具有比强度高、无毒、生物相容性好等特点,成为临床应用最广泛的金属种植体材料。然而,钛的生物惰性导致其与骨组织结合不牢,影响种植体的长期稳定性。此外,种植体引发的术后感染是植入手术失败的一个重要原因。因此,有必要对钛进行表面改性处理,使其兼具较好的生物活性和抗菌性能。鉴于钙磷盐具有较好的生物学性能,银具有广谱抗菌性,本文利用一步法和分步法分别在钛表面制备了含Ca/P/Ag的多孔涂层。对于一步法,是通过微弧氧化法将Ca、P、Ag元素同时引入到钛表面,考察不同工艺参数(氧化电压、Ag NO3浓度、氧化时间)对涂层形貌、元素组成、粗糙度及润湿性的影响;对于分步法,是首先通过微弧氧化法在钛表面制得与一步法中相似的Ca/P层,然后再通过电化学沉积法将Ag引入到涂层表面,考察不同电沉积工艺参数(电压、时间、Ag NO3浓度)对涂层表面含银颗粒形貌及物相组成的影响,分析了电沉积处理后表面粗糙度、润湿性的变化;此外,通过抑菌试验评价两种涂层的抗菌能力,通过体外细胞培养实验考察其细胞相容性,并将这两种Ca、P、Ag含量相近的涂层进行了性能对比。主要结论如下:(1)对于一步微弧氧化法制备的Ca/P/Ag多孔涂层,银以化合物形式存在于涂层中。随着微弧氧化电压的升高,涂层表面Ca/P比逐渐增大,含银量先升高后降低,表面粗糙度变大,润湿性变好;随着电解液中Ag NO3浓度的增加,涂层表面Ca/P比及含银量逐渐增大,表面粗糙度变大,润湿性变好;随着氧化时间的增加,涂层表面Ca/P比及含银量逐渐增大,表面粗糙度先升高后降低,润湿性变化趋势与之相同。(2)对于分步法制备的Ca/P/Ag多孔涂层,可制得与一步法中形貌、成分相似的Ca/P层,银以单质状态存在于涂层表面。随着沉积电压、Ag NO3浓度以及沉积时间的增加,涂层表面银含量增加,银单质逐渐由颗粒状生长为棒状、树枝状。载银处理后,涂层的表面粗糙度变大,润湿性变差。(3)抑菌试验证实两种涂层均具有良好的抑菌性,表面银含量越高,抑菌性越强,高含银量涂层抑菌时间均可达28天以上;细胞培养实验证实两种涂层未见明显细胞毒性,均有利于细胞的粘附、铺展和增殖;鉴于两者均具有较好的抗菌性和生物相容性,而一步法的制备工艺更简单有效,一步法较分步法具有更好的应用前景。
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