掺锌羟基磷灰石涂层的制备及其耐腐蚀性、生物相容性评价

发布时间：2017-06-14 06:11

  本文关键词：掺锌羟基磷灰石涂层的制备及其耐腐蚀性、生物相容性评价，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：金属植入物例如医用钛及其合金由于良好的生物活性、耐腐蚀性及优异的力学性能而受到生物材料界的关注。金属植入物表面经常涂覆上骨诱导生物活性材料,来确保它们在临床上长久的成功运用。本文在医用纯钛(Ti)表面通过电化学沉积(ED)方法制备羟基磷灰石(HAp)涂层,为了提高HAp涂层的耐腐蚀性、抗菌性及生物活性而掺入锌离子(Zn2+)。通过实验得出,制备掺锌羟基磷灰石(ZnHAp)涂层,电解液中锌离子的较优掺入量是5×10-2mol/L,较佳沉积电流是1mA,较佳沉积时间是900s,较佳沉积温度是65°C。在较优条件下制备得到的ZnHAp涂层均匀致密,其间形成的蜂窝状结构可能增强材料的生物相容性,对细胞的粘附起到关键作用。利用扫描电子显微镜(SEM),X射线衍射仪(XRD),能量射散X射线分析仪(EDS),傅立叶红外光谱仪(FTIR)对制得的ZnHAp涂层结构,微观形貌,成分及元素分布等进行了表征,并探讨了ZnHAp内在的形成机理。ZnHAp的XRD峰相对于HAp(JCPDS No.09-0432)的平移说明Zn成功地掺杂到涂层中。FTIR光谱表明碳酸化的ZnHAp结构是缺钙的,HAp中掺入Zn对HAp没有结构性的改变。ZnHAp涂层的平均晶体大小是22 nm。Zn HAp涂层厚度大约是7μm,Zn在涂层表面是均匀分布的。根据EDS的结果可知Zn在ZnHAp中的掺杂量大约是1.33wt.%。ZnHAp涂层是菊花簇状、均匀致密的针状,且一簇一簇菊花之间存在的一定的孔隙,可能利于成骨细胞粘附生长。研究了ZnHAp涂层抗大肠杆菌(E.coli)的抗菌活性,抗菌结果表明,ZnHAp涂层中的Zn2+明显提高植入物表面HAp涂层的抗菌特性。使用电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)方法测量锌离子的释放量,得到锌离子能够维持长期稳定的释放,表明涂层能达到长期稳定的抗菌效果。动电位极化试验揭示,ZnHAp涂层表面比HAp涂层表面和裸Ti具有更优异的耐腐蚀性。在模拟体液(SBF)中浸泡144h进行的体外生物活性研究揭示,Ti基体表面堆积有大量的磷灰石,说明ZnHAp涂层有很强的诱导磷灰石形成能力,且涂层具有较优良的生物活性。此外,涂层表面MC3T3-E1成骨细胞黏附铺展的形态学观察实验表明,细胞在ZnHAp涂层表面粘附状况良好,在ZnHAp涂层上比在HAp涂层和裸Ti上明显的增强了体外细胞相容性。MTT实验表明,细胞培养5天后,ZnHAp涂层上的细胞显示了比对照组更优越的细胞生存力。这个结果意味着在ZnHAp涂层中Zn的释放或出现比粗糙度更能促进细胞的生长,因为Zn的释放可以促进细胞的生存能力,Zn的出现可能改变表面促进细胞粘附的潜力。在本工作中,通过ED方法在纯Ti表面制备锌修饰羟基磷灰石涂层,研究了涂层的微观结构,形貌和组成。随后,研究了涂层样本的体外生物活性,抗腐蚀特性,细胞相容性。
【关键词】：电化学沉积 锌羟基磷灰石涂层 生物相容性
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：R318.08
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 第一章 绪论11-19
• 1.1 羟基磷灰石简介11-12
• 1.2 羟基磷灰石涂层的制备方法12-15
• 1.2.1 等离子喷涂法12-13
• 1.2.2 溶胶凝胶法13
• 1.2.3 涂覆烧结法13
• 1.2.4 激光熔覆法13-14
• 1.2.5 射频磁控溅射法14
• 1.2.6 仿生物矿化法14
• 1.2.7 电化学沉积法14-15
• 1.3 羟基磷灰石涂层的的国内外研究进展15-16
• 1.4 医用金属钛简介16-17
• 1.5 本论文的研究目的及特点、研究内容和技术路线17-19
• 1.5.1 研究目的及特点17
• 1.5.2 研究内容17-18
• 1.5.3 技术路线18-19
• 第二章 医用钛表面ZNHAP涂层的制备19-29
• 2.1 引言19-20
• 2.2 电化学沉积原理20-21
• 2.3 实验设备、实验材料及试剂21
• 2.4 实验过程21-23
• 2.5 涂层表征与测试仪器23
• 2.6 实验结果与讨论23-28
• 2.6.1 NaOH预处理对Ti基体的影响23-24
• 2.6.2 不同锌离子浓度对ZnHAp涂层的影响24-25
• 2.6.3 电沉积电流对ZnHAp涂层的影响25-26
• 2.6.4 电沉积时间对ZnHAp涂层的影响26-27
• 2.6.5 电沉积温度对ZnHAp涂层的影响27-28
• 2.7 本章小结28-29
• 第三章 医用钛表面ZNHAP涂层的表征29-37
• 3.1 前言29
• 3.2 实验设备及试剂29-30
• 3.3 实验过程30
• 3.3.1 ZnHAp涂层的电沉积30
• 3.3.2 涂层表征与测试仪器30
• 3.4 实验结果与讨论30-35
• 3.4.1 ZnHAp涂层的特点30-34
• 3.4.2 ZnHAp涂层形成的机制34-35
• 3.5 本章小节35-37
• 第四章 ZNHAP涂层的抗菌性和生物相容性评价37-49
• 4.1 引言37
• 4.2 实验过程及结果37-48
• 4.2.1 抗菌实验37-39
• 4.2.2 锌离子的释放实验39
• 4.2.3 耐腐蚀行为的评价39-42
• 4.2.4 体外生物活性反应42-45
• 4.2.5 细胞粘附和活性评价45-46
• 4.2.6 细胞增殖实验46-48
• 4.3 结论48-49
• 第五章 全文总结与展望49-51
• 5.1 全文总结49
• 5.2 后续工作展望49-51
• 致谢51-52
• 参考文献52-58
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果58-59

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