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临床植入物的成功取决于植入物表面和骨组织细胞之间的相互作用,包括促进骨整合作用、长期稳定性能及优异的抗菌作用。羟基磷灰石(HA)是一种具有促进骨生成作用的生物陶瓷材料,被广泛应用于骨科和牙科领域。其中,单相及双掺杂磷灰石因其优异的骨传导能力受到大量关注,有望应用于骨科及牙科植入物等领域。本文旨在研究Zn2+和Sr2+两种重要的生物阳离子共掺杂羟基磷灰石材料的生物学特性,采用水热合成法,将前驱体中Zn2+和Sr2+替代部分Ca2+位置,制备了 6种不同掺杂浓度Zn2+和Sr2+的纳米羟基磷灰石材料。同时,通过XRD、ICP、FTIR、拉曼光谱、FESEM、TEM和TGA等技术手段对纳米材料共掺杂、结晶度、相纯度、晶格参数、元素组成、颗粒形貌及热稳定性等性能进行评价。结果表明,样品中Zn2+的含量随着Sr2+的掺杂量增加而提高,然而,在20%Zn10%Sr或10%Zn20%Sr的溶液中,磷灰石晶体结构消失。此外,体外细胞实验表明,即使在含高浓度Zn2+(10%)双掺杂的样品表面,MC3T3-E1细胞仍具有良好的增殖能力,表明Sr2+可以抵消Zn2+的细胞毒性作用,提高材料的生物相容性。此外,双掺杂羟基磷灰石对病原菌菌株(大肠杆菌和金黄色葡萄球菌)具有更加优异的抗菌作用。综上所述,Zn2+和Sr2+双掺杂的羟基磷灰石(10%Zn10%Sr-HA)在骨组织修复领域具有潜在的应用价值。最近,含锶和锌的羟基磷灰石作为一种优异的生物材料已经得到了广泛的研究。体外研究表明,(Sr,Zn)-HA具有促进成骨细胞响应、新骨形成及更高的抗菌性能。为了将其应用于承受载荷的植入材料领域(如髋关节置换体),可把这种羟基磷灰石涂覆在在植入物表面。本文采用等离子喷涂技术在钛合金(Ti-6A1-4V)基体上制备了不同浓度的Sr2+和Zn2+共掺杂的HA涂层。研究表明,所有涂层均具有良好的结合强度,采用SBF浸泡法研究了掺杂的HA涂层的生物活性和诱导磷灰石层的形成能力。结果表明,5%Zn10%Sr-HA和10%Zn10%Sr-HA涂层对磷灰石层的形成有明显的诱导作用,而浸泡21天后10%Zn5%Sr-HA涂层对磷灰石层的形成具有一定的抑制作用。同时,通过表面培养MC3T3-E1细胞实验对掺杂涂层表面与细胞之间的相互作用进行评价,选择广泛应用于牙科和骨科的纯羟基磷灰石涂层作为对照。所有掺杂的羟基磷灰石涂层均比纯羟基磷灰石涂层具有更快的溶解速率、更好的蛋白吸附能力和更优异的生物相容性。细胞增殖、细胞粘附和ALP活性实验结果表明10%Zn5%Sr-HA涂层具有一定的细胞毒性,其表面发现部分死亡及形态不良的细胞。此外,还评价了涂层对革兰氏阴性大肠杆菌的抗菌性能,所有掺杂的HA涂层对细菌均表现出良好的抗菌能力。与HA涂层相比,Sr2+的加入有效降低了涂层的热不稳定性和细胞毒性,改善了涂层的性能。结果表明,5%Zn10%Sr-HA和10%Zn10%Sr-HA涂层具有良好的机械性能、生物活性、生物相容性和体外抗菌性能。为了降低影响及化学成分,本文进一步对涂层进行热处理。植入物相关感染是全关节假体置换失败的主要问题之一,在临床手术中发生率高达3%。本文的研究发现,一定条件下在HA中加入5%Zn2+来抑制细菌的活性。此外,5%Sr2+可作为二元掺杂剂降低Zn2+的细胞毒作用。简述制备工艺如下:通过对水热法制备的羟基磷灰石进行6000 C,4h的热处理获得纳米HA粉末,采用等离子喷涂技术将纳米HA粉涂覆在钛合金Ti-6Al-4V基体上。研究结果表明,掺杂离子不会影响涂层的物理力学性能,但能够显著提高涂层的细胞相容性、抗菌性及接触角。X射线衍射结果表明,(Sr,Zn)-HA涂层在500及6000 C,3h热处理后相纯度和结晶度提高,残余应力降低。通过粘接强度实验评价的材料的机械稳定性。结果表明,热处理后粘接强度从26.81±2.93增加到 29.84±3.62 MPa(5000 C),34.66±2.57 MPa(6000 C)。同时,抗菌活性和生物功能也得到明显改善。此外,涂层离子释放机制的研究发现,涂层中Zn2+的释放依赖于Ca2+、P和Sr2+,而Ca2+、P和Sr2+取决于热处理温度,其中,6000 C热处理后的(Sr,Zn)-HA涂层对MC3T3-E1细胞显示出一定的毒性,其表面发现干瘪的细胞形态。因此,Sr2+与Zn2+掺杂的羟基磷灰石涂层在一定的处理工艺下可以抵消细胞毒性效应并提高生物性能。综上所述,5000 C热处理后的(Sr,Zn)-HA涂层同时具备优良的机械性能、生物学活性以及良好的抗菌能力。