钛表面生物活性榍石/氧化钛复合涂层的结构和磷灰石形成机理

采用微弧氧化和热处理复合技术,在钛表面制备了具有双层结构的榍石/氧化钛复合涂层。榍石/氧化钛复合涂层的外层是由微弧氧化涂层经热处理后晶化生成;而内层是由钛基底的氧化生成,并且氧化钛表现出不同的Ti,O原子比。由于钛基底的氧化,孔径在50~500nm的微孔呈层状结构分布在涂层内层。与微弧氧化涂层相比,该复合涂层具有很好的磷灰石诱导能力,这是由于榍石沿着特定晶面和晶向与羟基磷灰石表现出良好的晶体学匹配关系,从而为磷灰石的成核和取向沉积过程提供良好的位点。     

钛基多孔HA/SiO2复合涂层的制备及性能研究

为了制得表面多孔且与基材结合强度高的羟基磷灰石(HA)涂层,实验中以正丁醇为分散介质,以SiO2粉末为添加剂,纯钛片为基材,电泳沉积制备羟基磷灰石/二氧化硅/壳聚糖/(HA/SiO2/CS)复合涂层,经后续热处理得到多孔HA/SiO2复合涂层,采用扫描电镜(SEM)、傅立叶红外光谱仪(FT-IR)、X射线衍射仪(XRD)、万能材料试验机对涂层的表面形貌、组成、结构和结合强度进行测试和表征,并通过模拟体液(SBF)浸泡法对复合涂层的生物活性进行评价.结果表明:当悬浮液中的HA/SiO2/CS质量比为1∶1∶1时,制得的HA/SiO2/CS涂层经700℃热处理后获得的HA/SiO2复合涂层孔洞分布均匀,大孔孔径在10～15μm,小孔孔径在1～5μm;涂层与基材的结合强度达到25.5 MPa;多孔HA/SiO2复合涂层在SBF中浸泡7 d后,涂层表面碳磷灰石化;说明实验中添加SiO2所制得的多孔HA/SiO2复合涂层与钛基材结合强度高,且具有良好的生物活性.     

电压对含锌电解液微弧氧化TiO2膜结构和性能的影响

以纯钛(TA4)为原料,用含乙酸锌电解液制备微弧氧化(MAO)TiO₂膜,探究不同电压对膜的表面结构、亲水性、耐腐蚀性和抗菌性能的影响。结果表明,MAO处理后,涂层表现出多孔结构,主要由Ti相、锐钛矿和金红石TiO₂相组成。随着电压的升高,膜层中金红石TiO₂相增加,膜层上的微孔平均直径增加,孔隙率减小。所有膜层表现出良好的亲水性,与纯钛板相比,所有膜层均具有良好的抗菌性能,其中400 V条件下形成的MAO涂层的抗菌性能最好,达到91%,并且其耐腐蚀性最强。综上所述,当MAO电压为400 V时,制备的膜层综合性能最好。     

电化学共沉积HA/胶原复合涂层及其生物性能初探

应用电化学恒电流共沉积法在医用纯钛基底上制备羟基磷灰石(HA)/胶原(collagen)复合涂层.SEM和XPS等测试表明:复合涂层呈特定有序的纳-微米二级多孔结构,化学组分为HA和胶原的有机-无机复合.借助体外细胞的培养实验观察种植于不同材料表面的细胞贴壁及生长形态,显示电化学共沉积的复合涂层具有比纯HA或纯钛表面更好的生物相容性.     

合成榍石的抗辐照稳定性和热稳定性

以H2SiO3、CaCO3、TiO2为原料,通过固相反应合成榍石,并对合成的榍石进行热处理和60Co源辐照试验,借助X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、红外光谱(IR)、激光拉曼光谱(LRS)等分析手段,研究合成榍石的抗辐照稳定性和热稳定性.结果表明,辐照累计剂量为5.76×105Gy的60Co源辐照没有造成榍石晶格的辐射损伤,合成的榍石具有良好的抗辐照稳定性;在200℃、400℃、600℃、800℃热处理24h,榍石晶体没有发生物相变化,合成榍石晶体具有良好的热稳定性.     

316L不锈钢基体上磁控溅射Er2O3／Er涂层的后处理研究

采用磁控溅射的方法在316L不锈钢表面制备了氧化铒涂层.选用金属铒作为过渡层,研究了不同热处理温度对涂层相组成、表面形貌以及涂层与基底结合情况的影响.XRD,SEM及膜基结合力分析结果表明,带有过渡层的氧化铒涂层表面致密、均匀,退火处理使氧化铒结晶性能提高,经过800℃热处理,生成了金属间化合物ErFe3提高了涂层与基底的结合强度.绝缘电阻率测试结果表明.Er2O3涂层绝缘电阻率在1×1013～1×1015Ω·cm,绝缘性能良好.     

吡咯聚合调控脉冲电沉积制备球形羟基磷灰石和银纳米粒子复合涂层

借助聚吡咯(PPy)的调控,采用脉冲电沉积法在生物医用金属钛表面制备出均匀的纳米HA/PPy/Ag抗菌复合涂层.考察了电解液中Py浓度、Ag~+浓度、钙磷盐浓度等对复合涂层的形貌及成分的影响.探讨了PPy聚合过程形成球形HA-NPs和Ag-NPs的形成机理,并对复合涂层的生物活性、生理稳定性及抗菌性能进行研究.研究结果表明,电解液中Py浓度的高低影响涂层的形貌,Py浓度为0.03 mol/L时有利于复合涂层的沉积.电解液中Ag~+浓度影响涂层的形貌、结晶,电解液中Ag~+浓度为0.3 mmol/L左右比较适合.电解液中Ca~(2+)浓度影响涂层的形貌及结晶,其浓度过高颗粒尺寸增大,Ca~(2+)浓度为5.0 mmol/L左右较适合.复合涂层能够诱导磷灰石的生成,使其沿着(002)晶面出现择优生长,具有较好的生物活性.PPy的加入大大降低了复合涂层中Ca~(2+)和Ag~+的释放速度,提高了复合涂层的生理稳定性.抗菌检测表明复合涂层具有良好的抗菌性.     

钛表面钠氢氧钛纳米线的结构、生物活性和MC3T3-E1细胞响应

采用化学方法处理微弧氧化(MAO)制备的含Si、Ca元素的Ti O2涂层(SC),获得钛氢氧钠(Na0.8H1.2Ti3O7)生物活性纳米线结构。化学处理过程中,SC涂料表面出现了Ca、Na元素溶解,Si元素沉积的现象。化学处理后的SC涂层比SC涂料具有更好的吸水性和诱导磷灰石形成能力。这与处理后涂层(SHTO)特殊的纳米结构有关,在模拟体液浸泡过程中更容易形成Ti-OH。同时,钠氢氧钛纳米线的表面形貌、相组成、OH基团以及良好的湿润能力使其更加适合于MC3T3-E1细胞的粘附和增值。     

电化学方法在钛表面制备Co-YSZ/HAp纳米复合涂层

采用复合电沉积和电泳沉积两步法在钛基体上制备了Co-YSZ/HAp纳米复合涂层, 与只采用电泳沉积法在钛基体上制备纳米HAp单一涂层进行了比较研究.采用场发射扫描电镜、X 射线衍射和能量散射谱对复合涂层的微观形貌, 纳米HAp外层表面形貌, 晶相, 复合涂层的断面形貌及元素组成分布进行分析研究. 通过粘结-拉伸实验测定了涂层与基体的结合强度, 结果表明, Co-YSZ/HAp 纳米复合涂层与钛基体的结合强度明显高于纳米HAp 单一涂层与钛基体的结合强度, 说明复合涂层具有更好的力学性能.     

硝酸镧处理对微弧氧化二氧化钛膜光催化性能的影响

以磷酸钠为电解液,采用交流微弧氧化技术在钛网上直接制备TiO2膜,利用硝酸镧浸渍方法对该膜进行表面处理,以酸性大红染料模拟废水来评价TiO2膜光催化水中有机污染物的能力。利用X射线衍射仪、SEM和EDX对微弧氧化膜晶型、表面形貌和成分进行分析。结果表明:微弧氧化TiO2膜主要由锐钛矿TiO2组成,由于膜表面钠离子的沉积,微弧氧化TiO2膜的光催化性能较差;硝酸镧浸渍处理可以减少微弧氧化TiO2膜表面钠离子含量,改善膜的光催化性能,120min酸性大红染料废水的光催化脱色率由15%提高到34.8%以上。     

脉冲电化学驱动壳聚糖原位调控制备羟基磷灰石/银复合涂层

采用脉冲电化学驱动壳聚糖原位调控制备了具有抗菌性的羟基磷灰石/银纳米复合涂层.考察了电解液中银离子浓度、钙磷盐浓度等对复合涂层的形貌及成分的影响.探讨了壳聚糖调控羟基磷灰石和银纳米粒子的形成机理,发现在本研究的较佳实验条件为电位-1.3 V,Ag~+浓度为0.06 g·L~(-1),Ca~(2+)浓度为5 mmol·L~(-1).在此基础上对复合涂层的生物活性、生理稳定性能、抗菌性能进行分析.结果表明:复合涂层呈纳米球状,由羟基磷灰石、银、壳聚糖三相组成,并且表面有一层壳聚糖覆盖.银纳米粒子和羟基磷灰石纳米粒子在复合涂层中均匀分布.将复合涂层浸泡在SCPS溶液中37°C浸泡矿化10天后,在复合涂层表面生产细针状排列整齐的羟基磷灰石,且在(002)晶面25.8°处发生显著择优生长,表明复合涂层在快速矿化液中能诱导磷灰石生成,生物活性好.将复合涂层浸泡在37°C PBS溶液中考察其生理稳定性,壳聚糖对复合涂层中Ca~(2+)和Ag~+实现双重离子释放,且降低了离子释放速度,涂层具有良好的生理稳定性.抗菌实验表明复合涂层对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌抗菌率达到99%以上,抗菌能力强.     

钛及钛合金表面羟基磷灰石涂层结合强度及稳定性

钛(Ti)及其合金凭借优异的机械性能和良好的生物相容性,一直是骨和牙种植体的主要临床应用材料。由于钛及其合金自身的生物惰性,不易与周围骨组织进行快速的骨整合,因此其表面的生物活性有待进一步提高。羟基磷灰石(HA)是人体骨和牙齿的主要无机成分,具有良好的生物活性和生物相容性,受其力学性能的制约,常被作为涂层材料覆盖在钛基体表面,用以提高植入体的生物活性。但一直存在涂层与基体界面结合强度低和涂层力学稳定性差的问题,成为限制其临床广泛应用的主要因素。本文从涂层结构设计、成分设计及制备方法等方面,就国内外改善钛基底与HA涂层界面结合性能的研究现状和发展动态作一综述,为高性能钛植入体的制备和应用提供参考。     

水热温度对SiC-C/C复合材料表面水热电泳沉积MoSi2抗氧化涂层的影响

采用水热电泳沉积法和固相渗透法在C/C复合材料表面制备了MoSi2/SiC复合抗氧化涂层。分别采用X射线衍射、扫描电子显微镜和等温静态氧化实验对复合涂层的晶相组成、显微结构和抗氧化性能进行了表征。主要研究了水热电泳沉积温度对MoSi2外涂层显微结构及高温抗氧化性能的影响,重点分析了涂层试样在1500℃和1630℃下的静态氧化行为及失效机理。结果表明:外涂层主要由MoSi2和少量MoO3晶相组成。外涂层的致密程度、厚度及抗氧化性能随着水热温度的升高而提高。MoSi2/SiC复合涂层具有较好的抗氧化和抗热震能力,在1 500℃下有效保护基体320 h同时经历17次1 500℃与室温之间的热循环后,氧化失重率仅为1.07%;在1630℃下氧化88 h后失重率为2.17%。复合涂层在1 630℃下的氧化失效主要是由于经过长时间氧化后SiO2玻璃膜层不能及时有效填补涂层中的缺陷,涂层试样在热循环过程中产生了贯穿性的孔洞导致的。     

羟基磷灰石涂层的电化学可控制备及生物性能的初步表征

控制不同沉积条件制备不同结构形貌的羟基磷灰石涂层,主要获得3种由不同尺寸晶粒构成的直立状、花簇状和多孔状典型形貌特征的涂层;XRD物相分析显示,该涂层主要由结晶良好的羟基磷灰石组成;FT-IR组分分析未检测到其他钙磷盐成分的存在.体外细胞培养试验表明,以上各种形貌的羟基磷灰石涂层均具有良好的生物相容性,但其生物活性则因形貌而异,其中纳米有序多孔状羟基磷灰石涂层表现出最高的生物活性,而花簇状的涂层生物活性相对较低.     

羟基磷灰石/氧化锆复合涂层热稳定性和结合强度的研究

为了提高羟基磷灰石(hydroxyapatite，HA)涂层的结合强度，采用水热电沉积法在HA涂层中引入第二相颗粒氧化锆(ZrO₂)制备HA/ZrO₂复合涂层，研究了ZrO₂晶型对涂层表面形貌、相组成、热稳定性和涂层结合强度的影响。实验结果表明，ZrO₂的复合减小了HA晶体尺寸，但不影响HA水热电沉积的机理；1 200 ℃热处理后，HA分解生成的CaO和ZrO₂形成固溶体，使单斜晶型(m-ZrO₂)和四方晶型(t-ZrO₂)的ZrO₂转变为立方晶型的的ZrO₂(c-ZrO₂)，并促进HA的完全分解；HA/ZrO₂复合涂层的结合强度明显高于纯HA涂层的结合强度，且随涂层中ZrO₂含量增大和热处理温度的升高而增大。1 000 ℃热处理后，HA/ZrO₂复合涂层既有较高的结合强度，又可获得对骨生长有利的HA+β-Ca₃(PO₄)₂(β-TCP)双相结构。     

成骨肿瘤细胞在纳米氧化钛陶瓷表面的生物活性研究

以羟基磷灰石和氧化镁为晶粒生长抑制剂制备的纳米氧化钛陶瓷为研究对象, 采用体外成骨细胞Ros17/28与材料复合培养的方法, 通过MTT法、荧光染色法和SEM细胞形貌观察等手段综合判断细胞在材料表面的活性, 以此评价纳米氧化钛陶瓷的生物活性. 结果表明, 以羟基磷灰石为晶粒生长抑制剂的氧化钛陶瓷晶体颗粒尺寸达到纳米级, 其生物活性超出了以氧化镁为晶粒生长抑制剂的氧化钛陶瓷和纯羟基磷灰石陶瓷, 具有优异的生物相容性, 是生物活性陶瓷.     

覆有微弧氧化涂层的AZ91D镁合金在氯化钠溶液中的极化行为

由于结构和成分的影响,覆有微弧氧化涂层的AZ91D镁合金的极化曲线有多种不同的表现形式.事实上,覆有微弧氧化涂层的AZ91D镁合金在NaCl溶液中的极化曲线行为不仅与涂层的主要组成和微观结构有关,也与极化曲线测试条件,如氯离子浓度、溶液pH值、阴极极化程度和样品的暴露面积有关,由于微弧氧化涂层的不稳定性,这些因素通过改变氧化涂层的组成和微观结构,继而影响极化曲线的形状.本文用傅里叶变换显微红外成像和对应的光学照片研究了氧化涂层的成分和结构的变化.结合物理表征,我们提出一个模型,用以阐明微弧氧化涂层组成和结构在NaCl溶液中的变化.对于浸泡在NaCl溶液中的AZ91D微弧氧化涂层,阳极溶解和阴极还原反应的速控步骤分别是传质过程和电荷转移过程.所以从极化曲线上拟合出来的腐蚀电流密度不能准确反映腐蚀速率,而且误差也难以避免.     

钛表面钠氢氧钛纳米线的结构、生物活性和MC3T3-E1细胞响应

采用化学方法处理微弧氧化(MAO)制备的含Si、Ca元素的TiO₂涂层(SC), 获得钛氢氧钠(Na_0.8H_1.2Ti₃O₇)生物活性纳米线结构。化学处理过程中, SC涂料表面出现了Ca、Na元素溶解, Si元素沉积的现象。化学处理后的SC涂层比SC涂料具有更好的吸水性和诱导磷灰石形成能力。这与处理后涂层(SHTO)特殊的纳米结构有关, 在模拟体液浸泡过程中更容易形成Ti-OH。同时, 钠氢氧钛纳米线的表面形貌、相组成、OH基团以及良好的湿润能力使其更加适合于MC3T3-E1细胞的粘附和增值。     

含 TiO2(B) 介孔氧化钛材料的制备、特性和应用

 综述了近年来本课题组依据材料化学工程研究思想, 对含 TiO2(B)(一种比金红石和锐钛矿相结构更松散的氧化钛晶型) 介孔氧化钛材料在制备、结构和性能方面所取得的研究进展. 该介孔材料由二钛酸钾经水合、离子交换和热处理得到, 具有良好原子尺度晶格匹配界面特征的锐钛矿和 TiO2(B) 核壳结构. 研究表明, 该介孔材料在兼备高比表面积、高晶化孔壁和高热稳定性的同时, 还表现出良好的纳米颗粒担载稳定性, 在光催化、油品加氢精制、药物载体、固体酸催化和电化学电容器等方面已凸显出良好的应用潜力和推广价值. 目前该新型含 TiO2(B) 介孔氧化钛材料已经实现低成本、规模化制备.     

脉冲电沉积制备HA/ZrO2纳米复合涂层的稳定性及生物相容性评价

采用脉冲电化学沉积法成功地在生物医用钛金属表面制备出均匀的纳米HA/ZrO₂复合涂层. 通过热处理提高涂层的致密性, 同时保留涂层的微纳结构. 考察了热处理后复合涂层的成分、形貌、生物相容性及生理稳定性. X射线衍射分析表明, 复合涂层成分为HA和ZrO₂. 扫描电镜观察发现, 热处理后复合涂层的致密性有所提高. 研究发现, ZrO₂的加入大大降低了HA/ZrO₂复合涂层中钙离子的释放速度, 提高了HA/ZrO₂复合涂层的生理稳定性. 纳米划痕实验结果表明, HA/ZrO₂复合涂层具有较好的结合强度. 通过培养成骨细胞考察了复合涂层的生物相容性. Alamar Blue检测表明, HA/ZrO₂复合涂层表面细胞黏附及增殖能力较好. ALP检测发现, 热处理后HA/ZrO₂复合涂层表面的细胞分化能力较强. 综合细胞培养结果显示, HA/ZrO₂复合涂层有较好的生物相容性.