电化学沉积法在Tixos表面制备掺锌钙磷涂层及其理化性能的研究

发布时间：2017-05-05 07:14

  本文关键词：电化学沉积法在Tixos表面制备掺锌钙磷涂层及其理化性能的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：钛或钛合金由于其良好的力学性能、抗腐蚀性能及生物相容性，被广泛的应用于口腔种植修复等领域[1]。但作为植入材料，钛金属还存在一些不足，如材料在体液环境中腐蚀释放金属离子，可能对机体产生毒副作用；材料与骨的弹性模量不匹配，在植入后形成应力屏蔽作用，可能造成植入失败；钛为生物惰性金属，与骨结合主要靠机械嵌合力，不能形成化学键合,缺乏骨诱导能力[2]等。因此，提高植入材料的抗腐蚀能力，改善其理化性能，提高其生物活性，实现其与骨组织的化学键合，提高其生物安全性等是金属植入材料进入临床应用所面临的主要问题。 目前，在金属植入材料表面引入生物活性涂层，改善其生物性能是生物医学领域中的研究热点[3]。涂层的表面结构与化学成分是影响植入材料与骨组织结合的主要因素。理想的涂层不仅能够维持金属基底的机械强度、弹性模量，而且具有良好的生物相容性，同时具有生物活性，能够引导骨组织的长入，促进骨整合。 在生物医学领域应用最为广泛的涂层即为钙磷涂层。骨组织是由弱结晶的羟基磷灰石和胶原纤维组成的，其中磷灰石的含量约为65%。钙磷化合物与人体骨组织的成分十分接近[4-12]，且具有良好的生物相容性、骨诱导能力和骨传导能力[13,14]。植入体内后，其表面能和周围组织形成化学键合[15,16]，同时能够为新骨的形成提供支架[17,18]，随着涂层的降解和吸收，最终被新形成的骨组织所替换。 快速成型技术（Rapid Prototyping，RP）是一项革命性的科技，其中激光金属直接成型技术direct laser metal forming（DLMF）已被应用于Tixos种植体（Leader srl，，Milano，Italy）的设计与研发。Tixos种植体的表面为模拟牙槽骨形态的多孔网状结构，种植体表面弹性模量和牙槽骨非常接近，可诱导成骨细胞长入200微米左右的孔径，为新生骨的生长提供空间，增大了骨种植体接触率。同时其核心保持钛金属优良力学性能，保证了种植体的强度。 实验目的与方法： 第一部分：电解液浓度对Tixos表面电化学沉积钙磷涂层理化及生物学性能的影响。 在保证其它实验参数不变的情况下，研究电解液浓度对电沉积产物的涂层形貌、化学成分及亲水性的影响，通过细胞粘附实验初步筛选出最有利于细胞粘附的实验组，从而确定最优的电沉积参数。 第二部分：锌离子浓度对Tixos表面电化学沉积钙磷涂层理化性能的影响。 依据第一部分实验中筛选出的最佳的电沉积参数，在Tixos表面合成钙磷涂层，并在涂层中掺杂不同浓度的锌元素。研究涂层的微观结构、化学组成及Zn离子的释放行为等。从表面形貌、化学成分等方面，初步筛选出有利于细胞粘附增殖的表面，为进一步的体外细胞实验及体内实验奠定基础。 实验结果： 1、低浓度电解液下沉积涂层为纯的羟基磷灰石，涂层形貌分别为交联多孔的网状和直立的纳米柱状，涂层较均匀致密。高浓度电解液下沉积涂层主要成份为二水合磷酸氢钙（DCPD），涂层疏松且形貌杂乱，将Tixos原有的200微米左右的空隙填满。 2、沉积钙磷涂层的材料表面，MG-63细胞的粘附形态较好。其中，10-3组细胞伸展更为充分，细胞周围有粗大的伪足附着在多孔网状表面，与涂层呈融合生长的状态。 3、各组掺锌涂层的成分为羟基磷灰石，表面形貌受掺入锌浓度的影响，即掺入的Zn/Zn+Ca=10%及20%的实验组涂层相对形貌均匀，排列有序；而掺入Zn达到Zn/Zn+Ca=30%时，表面覆盖的多是絮状的结晶度较低的无定型物质。XRD结果也显示，随着电解液中掺锌量的增加，晶体的结晶度下降。 4、锌离子释放实验中，30%Zn-HA-Ti组涂层快速降解，7天时释放量即达到顶峰；而其余各组2周内钙离子及锌离子释放曲线缓慢上升，而2周以后释放速度逐步减缓，趋于平稳。该结果与掺锌降低涂层的结晶度从而引起涂层溶解度升高的结果相一致。
【关键词】：电化学沉积 钙磷涂层 羟基磷灰石 电解液浓度 锌掺杂
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：R783.1
【目录】：

• 中文摘要4-7
• Abstract7-13
• 英文缩写13-14
• 第一章 绪论14-27
• 1.1 前言14
• 1.2 钙磷涂层的的分类14-19
• 1.2.1 无定型磷酸钙（ACP）15-16
• 1.2.2 磷酸氢钙（DCP）16
• 1.2.3 无水磷酸氢钙（ADCP）16-17
• 1.2.4 磷酸八钙（OCP）17-18
• 1.2.5 磷酸三钙（TCP）18-19
• 1.2.6 羟基磷灰石（HA）19
• 1.3 钛-钙磷涂层的合成工艺及其原理19-22
• 1.3.1 仿生合成法19-20
• 1.3.2 溶胶凝胶法20-21
• 1.3.3 电化学沉积法21-22
• 1.4 微量元素掺杂表面改性的研究进展22-24
• 1.4.1 氟元素22-23
• 1.4.2 锶元素23-24
• 1.5 锌元素24-26
• 1.5.1 锌的抗菌作用24-25
• 1.5.2 锌的成骨作用25-26
• 1.5.3 锌在口腔医学领域的应用26
• 1.6 本文的研究目的及研究内容26-27
• 第二章 电解液浓度对 Tixos 表面电化学沉积钙磷涂层理化及生物学性能的影响27-41
• 2.1 前言27
• 2.2 实验材料与设备27-29
• 2.2.1 试件的准备27-28
• 2.2.2 实验材料及设备28-29
• 2.3 实验方法29-31
• 2.3.1 电化学沉积29
• 2.3.2 涂层理化性能的表征29-30
• 2.3.3 涂层生物学性能的初步表征30-31
• 2.4 实验结果31-38
• 2.4.1 沉积电流-时间曲线31-32
• 2.4.2 涂层表面形貌分析32-33
• 2.4.3 涂层物相及组成分析33-36
• 2.4.4 涂层亲水性结果分析36-37
• 2.4.5 MG-63 细胞的粘附37-38
• 2.5 讨论38-40
• 2.6 小结40-41
• 第三章 锌离子浓度对 Tixos 表面电化学沉积钙磷涂层理化性能的影 响41-54
• 3.1 前言41
• 3.2 实验材料与设备41
• 3.3 实验方法41-43
• 3.3.1 实验分组41-42
• 3.3.2 涂层理化性能的表征42
• 3.3.3 锌离子释放实验42-43
• 3.4 实验结果43-50
• 3.4.1 沉积电流-时间曲线43-44
• 3.4.2 涂层表面形貌分析44-45
• 3.4.3 涂层物相及组成分析45-48
• 3.4.4 锌离子释放实验结果48-50
• 3.5 讨论50-52
• 3.6 小结52-54
• 第四章 结论54-55
• 参考文献55-78
• 作者简介及在读期间所取得的科研成果78-79
• 致谢79-80

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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3 宋娜玲，刘秀明，王淑云;微量元素锌和钙对大鼠颅盖骨成骨细胞样细胞体外培养增殖分化的影响[J];广东微量元素科学;1995年06期

4 王银海;陈晓怡;杨贤燕;苟中入;;纯钛表面微量元素协同掺杂仿生复合涂层的制备与表征[J];硅酸盐学报;2011年11期

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10 黄yN雯;傅远飞;张保卫;;锶对骨代谢影响的研究进展[J];中国口腔种植学杂志;2010年03期

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1 徐娟;四级钛表面纳米锌离子注入沉积改性的基础研究[D];吉林大学;2010年

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本文编号：345922