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羟基磷灰石(HA)作为天然骨的主要无机组分,一直是类骨材料研究的焦点。然而,在体外合成媲美天然骨性能的类骨材料一直是个难题。骨组织的形成是多种模板分子和离子共同参与的生物矿化过程。通过模仿生物矿化过程,结合模板调控和离子掺杂,可以实现制备高生物活性的HA纳米复合材料的目的。本课题以丝素蛋白(SF)为模板调控制备HA,并掺杂锌离子制备ZnHA。利用XRD、FTIR、FESEM、TEM及TG-DTA等一系列表征手段,研究模板分子和掺杂离子的引入对HA制备的影响。结果表明,SF可以调节HA晶体的成核和生长,诱导生成长度约为100nm左右的片状HA晶体;掺杂锌离子能够调节SF-HA纳米复合材料的形貌,使其转变为褶皱的纳米片层状形貌。锌离子同时影响丝素蛋白在SF-HA纳米复合材料中的结合方式,促进HA中的B型碳酸根取代。随着锌离子掺杂浓度的提高,最终产物中的SF含量增多,SF-HA复合材料的结晶度降低。因此,HA生成过程中,模板分子SF和锌离子掺杂都有重要的影响。 金属及其合金因其优异的力学性能在骨修复手术,尤其是承重部位的骨修复中广泛应用,钛(Ti)制成的植入物是代表之一。在钛植入物表面上构建HA涂层是增强其生物活性的重要措施。HA涂层不仅可以增强金属基材的抗腐蚀性能,还能促进其与骨的整合能力,提高骨修复手术的成功率。本课题利用温和的电泳沉积方式,在室温条件下,在钛基片上沉积了SF-HA(含Zn2+和不含Zn2+)复合纳米涂层,并对其形貌、结构以及生物学性能进行了一系列表征。结果表明,通过电泳沉积法制备的SF-HA复合纳米涂层不仅具有优秀的粘接强度,同时在SBF中可以快速生成新的类骨磷灰石层。Zn2+的掺入不改变涂层的表面形貌,但能提高新生成磷灰石的结晶度。与纯钛相比,SF-HA涂层(含Zn2+和不含Zn2+)修饰后的钛片,不仅利于MC3T3-E1细胞的粘附,还能促进MC3T3-E1细胞的增殖与成骨分化,5%Zn2+(摩尔比)掺杂的SF-HA涂层还能显著促进MC3T3-E1细胞成骨分化在21d时的表达。因而通过电泳沉积法制备的SF-ZnHA涂层在钛基骨修复材料领域具有潜在应用价值。 电泳沉积SF-HA涂层会在局部出现裂纹,为了弥补这个不足,本课题引入高强度、高韧性的多壁碳纳米管(MWCNT)对SF-HA涂层进行了增强。结果表明,MWCNT增强后的MWCNT-SF-HA复合纳米涂层不仅拥有优秀的粘接强度及体外促磷灰石沉淀的能力,还能增强钛片的抗腐蚀性能,同时5%Zn2+(摩尔比)掺杂可以进一步增强复合涂层的抗腐蚀性能。 以上研究得到的SF-HA、SF-ZnHA及其纳米涂层材料将有望在骨修复材料及钛基骨植入物中得到应用。