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生物材料的化学组成及其表面拓扑结构在调整蛋白质吸附、细胞粘附、铺展、迁移、增殖和分化等生物学行为中起着关键的作用。由于钛及钛合金具有优越的理化性能,其已被广泛应用于各种植入体,例如骨科、牙科及心血管支架等。然而,钛基材表面具有生物惰性,其与周边骨组织形成骨整合的能力较弱,延缓了组织愈合的时间。因此,改善钛植入体表面生物性能具有重要的临床意义。钛基材表面羟基磷灰石(HAP)复合涂层的制备成为了一种重要的表面生物活性改良手段。本课题在钛表面制备了FHAP/ZrO2、Sr FHAP、Sr-Ca-P/明胶、MnHAP和HAP/Ca SiO3复合涂层。采用扫描电子显微镜(SEM)、X-射线衍射仪(XRD)、傅立叶变换红外光谱仪(FTIR)、X-射线光电子能谱仪(EDS)等分析设备,研究了HAP复合涂层的相结构、形貌和膜层成分等特性。对复合涂层的耐生理液腐蚀性、力学性能和细胞相容性进行了评价。主要研究内容和结论如下:采用恒电流沉积法在钛表面制备出掺氟羟基磷灰石/氧化锆(FHAP/Zr O2)复合涂层。氟离子掺杂进入HAP晶体结构,磷灰石的晶粒变小,结晶度增加,涂层为纳米级针状形貌。涂层致密且分布均匀,厚度约为10μm。ZrO2作为缓冲层,很好地缓解了FHAP与Ti之间热膨胀系数的差异,拉力测试结果表明,即便是在生理溶液中浸泡2w以后,FHAP/ZrO2复合涂层仍然具有较好的结合强度。体外溶解实验表明,FHAP/ZrO2复合涂层具有较单相HAP涂层更低的溶解度,即更好的稳定性。极化测试表明FHAP/ZrO2复合涂层具有较HAP强的耐生理液腐蚀性。细胞粘附实验结果表明FHAP/ZrO2复合涂层具有良好的细胞相容性,成骨细胞大量、紧密地粘附其上,形态良好。为了考察氟离子和锶离子的掺杂对涂层特性的影响,采用电沉积法在钛表面制备出锶和氟共掺杂羟基磷灰石(Sr FHAP)复合涂层。复合涂层分布均匀且致密,为纳米级的针状形貌。氟离子和锶离子共掺杂进入HAP晶体结构,氟作为抗溶解元素以维持涂层的长期稳定性,锶作为溶解元素以促进涂层生物活性和细胞相容性。钙离子溶解实验表明,SrFHAP复合涂层在2w内具有良好的生理稳定性。在模拟体液中,SrFHAP复合涂层表现出较纯HAP更强的耐腐蚀性。体外细胞检测中,复合涂层对成骨细胞粘附与增殖的促进效果最好,表明其具有良好细胞相容性。为了考察锶离子和明胶的掺杂对涂层特性的影响,采用电沉积法在钛表面制备了掺锶磷酸钙/明胶(Sr-Ca-P/明胶)复合涂层。锶离子掺杂进入Ca-P晶体结构,明胶与Sr-Ca-P杂化为Sr-Ca-P/明胶复合涂层,涂层整体为多孔状形貌,涂层表面粗糙而不均匀,多孔结构对于成骨细胞的粘附非常有利。Sr2+离子和明胶均匀地掺杂和分散在Ca-P涂层中。涂层的厚度约为10μm,涂层与基材之间无剥离和/或界面处开裂的现象。拉力测试实验表明Sr-Ca-P/明胶复合涂层与基底的结合强度为5.6MPa±1.8MPa,其结合强度较弱。极化测试表明Sr-Ca-P/明胶复合涂层具有较强的耐腐蚀性。成骨细胞在复合涂层表面粘附性良好,MTT实验表明成骨细胞在复合涂层表面的增殖能力较好,则Sr-Ca-P/明胶复合涂层具有较好的细胞相容性。采用电沉积法在钛表面制备出掺锰羟基磷灰石(MnHAP)复合涂层。Ti表面经过热碱浸泡后形成了Na2TiO3薄膜,该膜的存在可以增加MnHAP复合涂层与钛基材之间的结合强度。复合涂层分布均匀且致密,其由针状晶体聚集而成,厚度约为10μm。拉力测试结果表明MnHAP复合涂层与基底的结合强度约为纯HAP涂层的2倍,基本满足国际标准的要求。极化曲线的分析得知,MnHAP复合涂层使得Ti的耐腐蚀性得到较大增强。Mn HAP涂层在模拟体液中能迅速诱导类骨磷灰石成核和生长,表明涂层具有良好的生物活性。细胞在MnHAP复合涂层表面呈现出典型的成骨细胞粘附表型,锰元素的掺杂使得细胞在MnHAP复合涂层表面的增殖活力表现良好,涂层的细胞相容性良好。采用电沉积法在由纳米SiO2、Ca(NO3)2和NH4H2PO4组成的电解液中,在钛表面制备出了HAP/CaSiO3复合涂层。HAP/CaSiO3复合涂层表面由内部致密的纳米级针须状晶体和外表微米级的孔状结构组成,这种多孔结构对于新骨的形成非常有利。X-射线衍射结果表明复合涂层主要包括HAP相和Ca Si O3相。拉力测试结果表明HAP/CaSiO3复合涂层与Ti基底的结合强度为19.1±4.7MPa,这个值已经基本满足了国际标准的要求。极化测试表明HAP/CaSiO3复合涂层具有较强的耐腐蚀性。MC3T3-E1成骨细胞在HAP/Ca SiO3复合涂层表面的增殖能力显著地高于在HAP表面,表明HAP/CaSiO3复合涂层具有较好的细胞相容性。综上所述,本研究采用电沉积法进行多种离子掺杂磷酸钙活性涂层的构建,对磷酸钙复合涂层的电沉积制备技术进行了理论和实验研究。本研究着重考察氟离子,锶离子,锰离子,硅离子和明胶的存在对复合涂层物理性能、化学性能以及生物活性的影响。成骨所需的多种微量元素(如氟、锶、锰、硅等)被成功地引入到Ca-P涂层中,为进一步研究磷酸钙复合涂层在骨缺损修复中的临床应用提供初步的实验依据。