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羟基磷灰石(Hydroxyapatite,HA)是人体骨骼等硬组织的主要无机成分,具有优异的生物相容性和生物活性,是一种重要的生物陶瓷材料。但HA陶瓷的力学性能较差,如脆性大,因而就限制了它在人体荷重部位的使用,将HA涂覆在机械性能优良的生物金属材料(如钛或钛合金)上,即可综合两种材料的优点,因此,金属基HA涂层材料近十几年来成为生物材料的研究热点之一。 本文针对生物活性陶瓷涂层存在的问题,设计了一种梯度涂层,采用宽带激光熔覆技术,通过加入不同含量的稀土氧化物La2O3来提高激光熔覆生物陶瓷涂层的生物活性及生物相容性,在Ti-6Al-4V合金表面制备含HA+β-TCP梯度稀土活性陶瓷涂层。利用SEM、XRD、EDS等检测技术对梯度活性陶瓷涂层的组织结构进行了研究;通过模拟体液浸泡实验考察了梯度活性陶瓷涂层的生物活性;采用体外成骨细胞与材料共培养的方法,进行了细胞形态及增殖实验,以及通过定量分析细胞分化标志蛋白ALP的表达量研究梯度活性陶瓷涂层与蛋白质的相互作用,从细胞生物学水平对梯度活性陶瓷涂层的生物相容性进行了评价。结果表明: (1)生物陶瓷梯度涂层分为基材、合金化层以及生物陶瓷层三个层次,且各梯度层的结合界面均为良好的化学冶金结合。 (2)稀土氧化物La2O3在激光熔覆生物陶瓷过程中具有诱导合成HA+β-TCP的作用,当La2O3含量为0.6wt.%时,合成HA+β-TCP的数量最多。 (3)梯度活性陶瓷涂层的生物活性与不同La2O3含量诱导合成HA+β-TCP的数量密切相关。当La2O3的添加量为0.6wt.%时,涂层表面形成类骨磷灰石数量最多;且经14天浸泡后的涂层明显比7天形成的类骨磷灰石数量多。 (4)含稀土氧化物La2O3的涂层对成骨细胞无毒副作用。梯度活性陶瓷涂层表面的钙磷基活性陶瓷相数量影响着成骨细胞的增殖,当La2O3的添加量为0.6wt.%时,具有最多的细胞增殖数量。 (5)当La2O3的加入量为0.6wt.%时,梯度活性陶瓷涂层表面碱性磷酸酶(ALP)表达量最多。这与La2O3含量为0.6wt.%时催化合成HA+β-TCP数量最大结果一致。