Cu纳米颗粒负载TiO2多孔涂层的制备及其生物学性能研究

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钛及钛合金因其密度小、比强度高、弹性模量低等良好的力学性能,是外科手术器械、种植体、心血管支架等常用的金属材料。然而,钛及钛合金存在无抗菌性能,生物活性差,耐蚀性能弱等缺点,植入生物体内容易引发植入部位感染,种植体松动等问题,这些都严重制约了钛及钛合金在生物医学方面的广泛应用。因此,制备抗菌性能优良、耐蚀性能较强的生物活性涂层能够较好的满足临床上的需求。本文采用微弧氧化技术,通过在电解液中分别加入0、0.3和3.0g的Cu纳米颗粒,在纯钛表面制备出不同铜含量的微弧氧化涂层。对涂层的结构特征、抗菌、耐蚀及生物学性能进行了评价。研究结果表明:(1)采用微弧氧化技术在纯钛表面制备的0Cu、0.3Cu和3.0Cu涂层表面呈疏松多孔结构,微孔分布均匀,孔径从几十纳米到5微米不等,涂层厚度为510μm。涂层主要由锐钛矿相和纯钛相构成,各涂层铜含量分别为0、1.3和2.76 at.%,主要以铜单质和CuO的形式存在。0.3Cu和3.0Cu在磷酸盐缓冲液中浸泡初期快速、大量的释放Cu2+,浸泡后期Cu2+释放速度减缓,3.0Cu涂层中Cu2+释放量最大。(2)采用平板计数、细菌形貌和荧光染色的方法评价了微弧氧化涂层表面金黄色葡萄球菌的活性。结果表明,0.3Cu和3.0Cu涂层具有良好的抗菌性能,抗菌率达到99%以上。0Cu涂层无抗菌性能,细菌在0Cu表面可正常的生长繁殖。(3)开路电位和极化曲线结果显示,纯钛经微弧氧化后耐蚀性能明显增强,涂层中铜的掺入对耐蚀性能影响不大。(4)3.0Cu涂层对MC3T3-E1成骨细胞初期的粘附没有明显影响,但细胞在其表面培养1d后,3.0Cu涂层对成骨细胞显示出较高的细胞毒性。0Cu和0.3Cu涂层对成骨细胞增殖、分化具有促进作用,且能促进表面成骨细胞胶原分泌,加快细胞外基质矿化,促进涂层与宿主骨之间的骨性结合。(5)微弧氧化涂层能促进人体血管内皮细胞ECs的增殖、分化,促进细胞内NO和VEGF的分泌,且随涂层中铜含量的增加,内皮细胞活性增强,NO和VEGF的分泌量也随之增加。
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