微弧氧化改善钛金属表面生物活性研究

为改善钛金属的生物相容性,采用微弧氧化技术在钛表面注入钙、磷等离子进行表面改性,采用XRD检测四种生物涂层的物相组成,用SEM观察涂层表面形貌,然后对其进行模拟体液培养,分析其生物活性。结果表明:二次微弧氧化涂层主要物相为Ti、TiO2、HA,钙磷盐+自然铜电解液微弧氧化制备的涂层主要物相为Ti、TiO2、HA、Fe3O4;经二次微弧氧化制备的生物涂层比其他涂层的表面多孔结构更均匀,且孔隙率较大,生物活性较优异;钙磷盐+自然铜涂层表面也存在多孔结构,由于其存在人体所需的微量元素,因此其生物活性较优异。     

Mg-1.0Ca合金微弧氧化膜在模拟体液中的腐蚀降解行为

在含植酸钠和碳酸钙的碱性溶液中,采用微弧氧化技术在Mg-1.0Ca合金表面制备钙磷盐涂层。采用扫描电镜、能谱仪和X射线衍射仪分析氧化膜的表面形貌、成分和相组成;通过析氢试验、表面观察法以及浸泡腐蚀失重法分析比较镁钙合金氧化前后在模拟体液中的腐蚀降解行为。结果表明:微弧氧化能显著降低Mg-1.0Ca合金的腐蚀降解速率;浸泡后氧化试样表面钙含量明显增加,表明氧化膜具有很好的生物活性。     

纯钛材与大变形纯钛材微弧氧化-水热合成复合陶瓷膜层的细胞相容性研究

采用微弧氧化-水热法分别在纯钛材及大变形纯钛材表面制备了TiO_2/HA复合陶瓷膜层,从细胞毒性实验、细胞增殖实验、细胞黏附实验等方面评价膜层的细胞相容性。结果表明:纯钛材与大变形纯钛材微弧复合陶瓷膜层均无细胞毒性。与纯钛材微弧复合陶瓷膜层相比,大变形纯钛材微弧复合陶瓷膜层表面粗糙度更适宜,结晶形核的HA晶粒的形状及Ca/P比更接近人骨HA,更能有效促进成骨细胞的黏附和铺展,随着培养时间的延长,成骨细胞双层重叠生长结构更为明显。成骨细胞在大变形纯钛材微弧复合陶瓷膜层表面各时间点的吸光度值均更高,细胞相容性更好。     

镁基磷酸钙类/壳聚糖生物复合材料的制备

采用化学沉积法在AZ91镁合金微弧氧化陶瓷膜表面制备磷酸钙类/壳聚糖复合膜层,并用XRD,SEM,EDS和等离子体热电光谱(ICP)仪等对复合膜层化学组成及结构进行表征。XRD测试结果显示,该生物复合涂层是由磷酸钙(TCP)、磷酸氢钙(DCPD)及少量的羟基磷灰石(HA)所构成。壳聚糖的引入使磷酸钙复合膜层表面形貌发生明显变化,与未加入壳聚糖相比,DCPD和TCP的含量明显增加。采用电化学测试方法及模拟体液浸泡试验评价该薄膜的耐蚀性能。结果显示,该复合涂层生物性能稳定,能够提高镁合金的抗腐蚀性能。     

淫羊藿苷含量对Mg/UMAO/CS/IC涂层性能的影响

为了研究淫羊藿苷含量对镁/超声微弧氧化/壳聚糖/淫羊藿苷（Mg/UMAO/CS/IC）涂层性能的影响,并提高纯镁的耐蚀性,采用电泳沉积（EPD）和UMAO技术在纯镁基体上制备Mg/UMAO/CS/IC涂层。采用扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射（XRD）、原子力显微镜（AFM）和傅立叶变换红外光谱（FTIR）对涂层的特征进行分析。对不同样品在模拟体液中进行了电化学阻抗和动电位极化的腐蚀行为研究。结果表明：当IC含量为0.4 g/L时CS/IC层具有较好的封孔效果。添加不同IC含量的Mg/UMAO/CS/IC涂层均由Mg、MgO、CS和Mg₂SiO₄组成。不同IC含量涂层的自腐蚀电流密度（i_corr）比Mg至少都低一个数量级,能为镁基底提供更有效的保护。IC含量为0.4 g/L时Mg/UMAO/CS/IC涂层的耐蚀性更好,自腐蚀电流密度（1.667×10^-6 A/cm²）最小。Mg/UMAO/CS/IC涂层可有效解决纯镁在临床骨内固定应用上降解过快的问题。     

纯镁超声微弧氧化生物涂层植入体内4周的降解行为

研究纯镁及其超声微弧氧化生物涂层种植体植入动物股骨干内的短期降解过程。利用电化学工作站测定试样在模拟体液中极化曲线。术后4周,取兔股骨干的组织进行扫描电镜观察(SEM)及锥形束检测(CBCT)观察种植体降解状况。结果表明,纯镁与超声微弧氧化生物涂层都发生了降解,在骨组织表面及镁基体的表面几乎同时发生反应,在金属-骨界面形成紧密相邻的降解层、新生骨层,并可见少量的不连续的纤维结缔组织,超声微弧氧化镁生物涂层的腐蚀降解速率及对周围骨组织的刺激明显小于纯镁基体。纯镁基体及超声微弧氧化涂层试样周围的骨组织变化符合正常骨组织的愈合过程,超声微弧氧化生物涂层显示出更好的生物相容性及降解性。     

水热时间对钛合金微弧氧化膜合成羟基磷灰石的影响

目的研究水热时间对TC4钛合金微弧氧化膜合成羟基磷灰石(HA)的影响。方法对TC4钛合金微弧氧化膜进行不同时间的水热合成处理,分析其微观形貌、成分及相结构,观察其在模拟体液中浸泡5周后的形貌及结构变化。结果水热处理提高了微弧氧化膜的Ca/P摩尔比,使非晶态钙磷化合物转化为HA晶体,随着水热时间的延长,HA衍射峰数量增多且强度增加。在模拟体液中浸泡5周后,微弧氧化膜表面仅有微量磷酸钙形成,而如水热合成后再浸泡,氧化膜表面的HA几乎完全转化为磷酸钙。结论水热处理有助于钛合金微弧氧化膜表面合成HA晶体。在8 h内,水热时间越长,氧化膜表面的HA含量越高,模拟体液中浸泡后形成的磷酸钙也越多,与人体的相容性越好。     

AZ31镁合金表面含纳米羟基磷灰石微弧氧化涂层的制备及性能研究

目的改善AZ31镁合金的耐腐蚀性能及生物活性。方法使用微弧氧化技术,分别在以六偏磷酸钠为主盐的电解液和以六偏磷酸钠为主盐、以纳米羟基磷灰石(HA)为添加剂的电解液中,在AZ31镁合金表面制备了微弧氧化涂层。通过扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)和X射线衍射仪(XRD)表征了涂层的微观形貌、元素特征和相组成。通过电化学方法和浸泡实验考察了涂层的耐蚀性。通过细胞实验评价了两种涂层的细胞相容性。结果电解液中的HA可以进入到微弧氧化涂层中,含HA的微弧氧化涂层较不含HA的更致密,且有封孔现象。电化学方法及浸泡实验结果表明,含HA的微弧氧化涂层的耐腐蚀性能更好。细胞表面粘附实验和细胞增殖实验也表明,经表面纳米HA微弧氧化处理后的AZ31镁合金生物相容性更好,且对MC3T3-E1细胞的增殖有促进作用。结论六偏磷酸钠电解液中添加纳米HA,可以在AZ31镁合金表面制备出含HA的微弧氧化涂层,且其耐腐蚀性能和生物活性均优于不含HA的微弧氧化膜。     

超高频脉冲电流作用下纳米Al2O3颗粒对Mg-Gd-Y-Zr合金微弧氧化涂层的影响

目的 进一步提高Mg-Gd-Y-Zr合金微弧氧化涂层的耐腐蚀性能。方法 采用超高频微弧氧化技术在含有Al2O3纳米颗粒的溶液中制备了微弧氧化涂层。利用扫描电子显微镜(FESEM)、能谱仪(EDS)和X射线衍射仪(XRD)对微弧氧化涂层的表面形貌、截面形貌、成分和晶体结构进行分析。利用极化曲线和电化学阻抗谱(EIS)测试了涂层的耐腐蚀性能。结果 频率由0.5 kHz提升至20 kHz后,涂层表面放电孔洞面积由0.07~24.4 μm²降低至0.08~6.3 μm²,涂层的孔隙率由6.47%减小至3.35%。Al2O3纳米颗粒的添加使超高频涂层表面形成大量自封闭孔洞结构,进而进一步降低了涂层表面的孔径面积(0.1~ 4.63 μm²)和孔隙率(0.97%)。极化试验表明,提高频率至20 kHz,涂层的自腐蚀电流密度由4.7×10^‒6 A/cm²降低至4.7×10^‒7 A/cm² ,添加 Al2O3纳米颗粒,涂层的自腐蚀电流密度进一步降低至1.7×10^‒7 A/cm²,表明其耐蚀性能显著提高。阻抗谱显示,20 kHz-Al涂层具有最大的阻抗,说明该工艺可有效提高微弧氧化涂层的耐蚀性能。 结论 超高频可有效降低放电孔洞尺寸,提高微弧氧化涂层的致密性,改善涂层的耐腐蚀性能。超高频与Al2O3纳米粒子的协同作用使涂层表面形成自封闭孔洞结构,进一步提高微弧氧化涂层的致密性和耐腐蚀性能。     

可降解镁合金骨螺钉表面微弧电泳水热复合涂层的制备与性能

目的在医用镁合金骨螺钉表面构建羟基磷灰石涂层,有效控制其降解速率。方法利用微弧电泳/水热复合方法,在形貌复杂的骨螺钉表面制备涂层。该方法首先利用电解抛光对骨螺钉表面进行表面预处理,采用微弧电泳技术在其表面制备羟基磷灰石涂层,再利用水热合成对微弧电泳涂层进行封孔。利用XRD、SEM、AFM等分析手段对涂层显微结构进行分析,利用体外浸泡实验和电化学实验对涂层耐腐蚀性能及其对钙磷盐的诱导特性进行了评价。结果在电解抛光电流0.14 A、抛光时间2 min的工艺条件下进行电解抛光预处理,可以提高基体和涂层的结合性能。由于骨螺钉的特殊形状,在微弧电泳电解液中添加丙三醇,并通过调整电解液中丙三醇含量优化微弧电泳工艺(电压155 V,反应时间20 min),能有效抑制尖端放电现象,防止膜层组织疏松和大量的氧化物堆积,以及涂层剥落甚至基体烧蚀的现象。再优化水热合成工艺参数(处理液p H值8.5,反应时间1.5 h,反应温度393 K)对微弧电泳涂层进行封孔,得到微弧电泳/水热复合涂层。结论微弧电泳/水热复合涂层表面形貌为菜花状结构,由纳米棒状羟基磷灰石组装而成,均匀致密,结晶性好。电化学腐蚀测试表明,制备复合涂层后,骨螺钉的腐蚀电流密度降低了一个数量级。在模拟体液中浸泡6天,骨螺钉的形貌依然完整,说明水热复合涂层在改善生物相容性的同时,提高了骨螺钉的耐腐蚀性能。但微动摩擦磨损测试显示,水热复合封孔处理后磨损性能下降。