聚醚醚酮骨植入体生物改性研究进展

聚醚醚酮是一种热塑性材料,凭其良好的生物相容性和X射线可透射性,被广泛用于生物医学领域。而PEEK骨植入体与人体骨骼强度存在一定差距,与人体骨组织结合能力较差和抗菌性能等不足,使其在生物领域的应用受到了限制。为了使PEEK更好地应用于人体骨植入领域,获得优异生物性能的PEEK骨植入体已成为研究的重点。概述了PEEK的加工技术、力学性能、骨整合性能和抗菌性能的研究。在此基础上,重点综述了近年来提高PEEK骨植入体力学性能与生物性能的各种改性方法的研究进展。在力学性能方面,对PEEK常用的填充材料碳纤维进行了概述,由于PEEK与碳纤维界面结合强度影响其整体力学性能,重点介绍了提高其结合强度的改性方法。在骨整合性能方面,对钛、二氧化钛和羟基磷灰石涂层材料及喷涂方法进行了概述,以及对等离子喷涂、喷砂、激光蚀刻和浓硫酸刻蚀表面处理方法的优缺点进行了分析。在抗菌性能方面,银离子释放浓度过高时会导致细胞毒性,重点阐述了如何控制银离子释放速度的研究。最后展望了PEEK骨植入体加工和改性的未来发展方向。     

等离子喷涂人工骨涂层材料

等离子喷涂是一种常用的生物医用材料表面改性技术,被广泛应用于钛等金属人工骨的表面改性.为了满足人工骨涂层的临床应用需要,近年来发展了一些新的涂层材料和后处理工艺技术.利用火焰蒸汽处理技术对等离子喷涂羟基磷灰石涂层进行后处理,提高了涂层的结晶度,降低其在体液中的降解.经碱处理的等离子喷涂钛涂层,生物活性有了明显的改善.等离子喷涂硅灰石和硅酸二钙陶瓷是一类不同于传统磷酸钙系的新型生物活性材料,其性能和结构已被初步研究.同时介绍了等离子喷涂人工骨涂层材料在这几个方面的近期研究进展.     

医用钛植入体激光微纹理生物性能研究进展

医用钛合金具有强度高、弹性模量低、疲劳性能好、密度最接近人骨等优点,被广泛应用于临床医学牙科和骨移植等领域。目前较常用的医用钛合金表面加工方法包括机械加工、酸蚀、喷砂、等离子喷涂和激光加工等。通过对比分析,激光加工表现出明显优势,与化学或传统物理加工方法相比,采用激光加工医用钛植入体表面具有高效、清洁、准确、柔性等优势。应用各类脉冲激光器,可以在植入体表面加工特定的表面纹理和纹理组合,改善植入体的生物相容性。归纳了植入体表面纹理对植入环境的影响,表面纹理形状、粗糙度和润湿性等表面特性直接影响细胞组织的黏附、生长和增殖,对细胞生长具有接触导向作用。通过调控激光通量、脉冲频率、扫描速度和脉冲宽度等激光参量可对表面纹理的规则性、准确性、尺寸、氧化程度等特征产生不同影响,进而影响医用钛植入体的表面微观形貌、粗糙度、硬度和润湿性,使其在生物环境中获得更好的服役性能。通过激光加工获得的理想医用钛植入体表面可有效避免植入体表面细菌的滋生,降低发病率,提高植入成功率。经激光加工后,医用钛植入体表面会出现不同程度的裂纹,导致在服役过程中植入体表面产生的摩擦碎屑对植入体环境造成不良影响。通过综述以上各方面的研究进展可知,随着超短脉冲激光技术的发展和新型医用植入体材料β钛合金制备技术与工艺的完善,经激光加工后植入体将获得更理想的表面特性和服役性能。     

医用材料聚醚醚酮等离子喷涂表面改性研究进展

聚醚醚酮材料(PEEK)具有良好的生物相容性、化学稳定性、X射线可穿透性及优异的力学性能,广泛用于创伤、脊柱和关节等生物医疗领域。然而,PEEK属于生物惰性材料,其骨整合性不足,这在一定程度上限制了该材料在骨修复与替换等领域的发展和应用。等离子喷涂技术由于工艺简单、经济,喷涂涂层的黏结强度高等特点,是解决聚醚醚酮材料骨整合能力不足的重要表面涂层改性技术。首先,简述了等离子喷涂工艺的涂层沉积机理,并分别对等离子喷涂钛以及羟基磷灰石两种常用涂层进行了介绍;其次,从不同喷涂工艺以及喷涂参数对涂层的影响出发,详细介绍了近几年对PEEK基等离子喷涂涂层的结合强度等机械性能的最新研究进展,并对等离子喷涂过程对PEEK基体的机械强度、疲劳强度、热性能和化学降解等初始性能影响进行了总结与评价,详细介绍了PEEK基等离子喷涂涂层体内外生物性能的最新研究进展;最后,展望了等离子喷涂改性PEEK基材料的临床应用前景,以期为未来设计新型PEEK基生物材料提供理论指导。     

铜及铜合金表面等离子喷涂的应用进展

铜及铜合金具有许多优良的物理化学性能,应用十分广泛,但很多应用工况条件比较恶劣,因此往往需要对其进行表面改性强化.本文对国内外等离子喷涂技术在铜及铜合金表面改性强化方面的研究进展及应用做了介绍,指出了铜和铜合金表面等离子喷涂的特点、存在的主要问题及相应的改进措施,提出了今后的研究的方向.     

生物医用钛植入体表面微纳结构与生物活性离子对生物相容性影响研究综述

生物医用钛植入体的表面微观形貌及化学组成作为影响植入体生物相容性的重要因素,决定了植入的稳定性和使用寿命, 得到广泛研究,对钛植入体的表面改性研究现状进行系统梳理变得极为重要。针对钛植入体表面微纳米复合结构的构建及添加典型生物活性离子的研究现状进行综述,以及二者的结合对促进细胞黏附、增殖、分化和促进动物体内成骨的协同效应,简述微纳米复合结构对细胞行为的内在调控机制。结果表明,钛植入体表面的微纳米复合结构及生物活性离子对细胞的行为均表现出积极作用,兼具二者的植入体能够更好地促进细胞的黏附、增殖及分化,植入动物体内后更有利于植入体与周围组织的骨性整合。最后,根据当前生物医用钛植入体表面改性研究中存在的抗菌性能较差、对细胞的影响机制不明确等问题,提出植入体在表面改性领域的研究趋势。提出了钛植入体表面改性领域微纳结构构建和生物活性离子添加的研究现状和未来的发展方向,填补了钛植入体表面改性领域目前缺少综述文章来引领的空白,可为未来钛植入体的表面改性的发展提供借鉴。     

等离子喷涂生物涂层对病理性骨缺损愈合的应用研究

患者代谢性疾病(如骨质疏松症、糖尿病、痛风等)不利于体内骨植入体与周围骨的结合。基于不同疾病患者骨折部位骨微环境的特点,采用等离子喷涂技术制备的抗氧化应激生物涂层(针对骨质疏松)、抗感染-促成骨功能的生物涂层(针对糖尿病)和骨免疫调控涂层(针对痛风)能提高骨科植入器械与骨组织接触界面处的成骨能力,是增强植入体与骨结合的有效方法。研究了骨植入生物涂层对不同病理状态下效应细胞的影响,总结了材料表面性质调控效应细胞行为以及骨形成的规律,可为新型骨植入生物涂层的设计提供依据。等离子喷涂技术制备的含氧化铈的生物抗氧化涂层,可催化分解生物体内的过量活性氧簇,保护骨细胞成骨分化能力免于氧化应激的负面影响,有利于提高骨质疏松症下骨植入体的愈合能力。具抗感染与促成骨功能的硅酸钙基生物涂层能够抑制细菌在其表面的粘附与生长,降低植入体相关感染的几率,另外,该类涂层还能促进骨细胞成骨分化与矿化,提高骨植入体的成骨能力,有望应用于骨折合并糖尿病患者。等离子喷涂钛涂层表面微纳多级结构的构建以及生物涂层中锶/硼/铈等元素的掺入,有利于提高骨免疫性能,并促进骨细胞成骨分化,可用作炎症疾病下的骨缺损修复材料。     

抗菌仿生多孔钛植入体的成骨性能（英文）

采用冷冻铸造和热氧化法制备一种新型兼具抗菌功能和良好骨整合性能的表面改性仿生多孔钛植入体。通过细胞增殖实验、碱性磷酸酶(AKP)活性水平测定实验、X线检测及骨硬组织切片等体内外成骨实验方法评价多孔钛植入体的骨整合性能。结果显示,随着植入体与体外细胞共培养时间的延长,表面纳米改性后多孔钛实验组的体外细胞增殖、分化活性水平较未表面纳米改性的多孔钛和致密钛对照组明显升高(P0.05);随着在动物体内植入时间的延长,处理和未处理多孔钛实验组孔隙中有骨长入和成骨现象,而且成骨细胞在处理组孔隙中分化程度更加成熟。抗菌仿生多孔钛植入体能与骨组织形成牢固的生物性骨嵌合,具有良好的骨整合性能。     

3D打印多孔钽表面改性及功能化研究进展

金属钽具有优异的生物相容性、耐腐蚀性和骨整合能力,是具有广阔发展前景的生物医用骨科材料。通过增材制造技术（AdditiveManufacturing,AM）制备的多孔钽具有精确和个性化控制的表面成分、拓扑结构、力学性能,极大地满足了不同骨缺损临床患者的需求,适合作为承重部位的骨缺损修复材料。然而,AM多孔钽仍具有表面惰性强、骨整合能力有限、无生物活性等缺陷。分别从表面改性方法和拓扑结构优化两个角度介绍了AM多孔钽骨修复材料功能化的研究进展。概述了几种典型的表面改性方法,并分析总结了其优缺点,高成本、难加工、表面惰性是限制AM多孔钽用于表面改性的主要原因。此外,拓扑结构优化也是实现多孔钽功能化的有效途径,合适的孔隙结构不仅赋予植入体与宿主骨相匹配的力学性能,同时有利于AM多孔钽与宿主建立有效的骨整合。综述了近年来AM多孔钽拓扑结构优化的研究进展,总结了孔隙率、孔径、孔隙几何形状对多孔钽力学及生物学功能的影响。最后,对AM多孔钽骨修复材料的功能化发展及临床应用提出了展望。     

铸造铝合金表面改性的研究进展

简述了铝合金的加工方法和表面改性的必要性。主要对表面合金化技术、表面敷层和电子束改性等技术应用于铸造铝合金表面改性进行总结。表面合金化方面介绍了激光和氩弧合金化方法在铸造铝合金表面改性方面的研究进展;表面敷层方面介绍了铸造铝合金的等离子喷涂、电化学方法的研究现状;介绍了铸造铝合金的电子束改性技术。     

Coating of calcium phosphate on biometallic materials by electrophoretic deposition

Although biometallic materials have been used as bone implant materials for a long time, they are still detected as foreign bodies by human immune system. Calcium phosphate coating, especially hydroxyapatite（HA） coating attracts special attention due to its good biocompatibility. Being one of the effective methods used to deposit HA coating onto the metallic implant, the electrophoretic deposition（EPD） was reviewed in detail, including the process of EPD, the advantages and disadvantages, the important processing factors and the microstructure and mechanical properties of the coating. Research results on the processing and the coating show potential application of EPD process to the biomedical materials surface modification. In addition, the nanoparticulate HA coating as a new trend in HA coating was also introduced.     

Plasma-Sprayed Titanium Patterns for Enhancing Early Cell Responses

Titanium coating has been widely used as a biocompatible metal in biomedical applications. However, the early cell responses and long-term fixation of titanium implants are not satisfied. To obviate these defects, in this paper, micro-post arrays with various widths (150-1000 μm) and intervals (100-300 μm) were fabricated on the titanium substrate by template-assisted plasma spraying technology. In vitro cell culture experiments showed that MC3T3-E1 cells exhibited significantly higher osteogenic differentiation as well as slightly improved adhesion and proliferation on the micro-patterned coatings compared with the traditional one. The cell number on the pattern with 1000 µm width reached 130% after 6 days of incubation, and the expressions of osteopontin (OPN) as well as osteocalcin (OC) were doubled. No obvious difference was found in cell adhesion on various size patterns. The present micro-patterned coatings proposed a new modification method for the traditional plasma spraying technology to enhance the early cell responses and convenience for the bone in-growth.     

可降解锌基骨植入材料及其表面改性研究进展

医用锌及锌合金有望成为新一代可降解骨植入物材料来促进骨缺损的修复。概述了可降解医用锌基材料的优势,包括较好的生物安全性和抗菌效果、能促进植入部位周围血管和新骨的生成以及骨相关基因的表达能力。在此基础上,从基底材料、细胞种类及实验结果等方面系统总结了近年来关于可降解医用锌基材料生物相容性和降解行为的研究。同时,归纳了可降解医用锌在临床修复骨缺损方面所面临的主要问题和挑战,包括较差的力学性能和较强的细胞毒性。可降解医用锌较差的力学性能可以通过合金化进行改善,概述了多种新型医用锌合金的力学性能及其生物相容性。表面改性是提高可降解医用锌基表面生物相容性和调控降解的有效手段。从基底样品、表面改性手段、使用的细胞或动物模型以及细胞相容性和降解行为等方面,综述了近年来可降解锌基骨植入材料表面改性的研究现状,提出了可降解锌基骨植入材料表面改性目前所面临的难点问题,包括传统表面改性手段加剧了锌离子的释放或在表面改性后可降解医用锌的生物相容性改善功效不足,以及未来的发展方向。     

热处理对微束等离子喷涂羟基磷灰石涂层的影响

羟基磷灰石由于其良好的生物活性,被广泛的用作医用植入体的表面涂层材料.采用微束等离子喷涂(Microplasma Spraying,MPS)I艺在Ti-6Al-4V基体上制备羟基磷灰石涂层,通过扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和傅里叶红外光谱(FTIR)分析了热处理对涂层相组成和表面形貌的影响规律.研究表明:微束等离子喷涂制备的羟基磷灰石涂层在经过热处理后结晶度提高,并且非晶相和杂质相转化成为HA结晶相.同时,羟基和磷酸根的完整性得到了恢复.过高的热处理温度易引起涂层裂纹等缺陷的增加,也容易造成羟基脱离造成HA分解.合理的热处理温度范围为600～700℃,保温时间为3 h.     

羟基磷灰石纳米粒子表面修饰的研究进展

羟基磷灰石是人体骨骼和牙齿的主要无机成分,具有良好的生物相容性和生物活性,且能诱导骨组织的生长,促进组织缺损的修复,是性能优异的骨修复材料。近年来,纳米羟基磷灰石由于其独特的性能,在生物医学领域展现出新的应用功能。但是,为了发挥纳米羟基磷灰石独特的功能特性,常常需要对其进行表面修饰,以满足生物医学应用的条件和要求。从生物医学角度,针对羟基磷灰石纳米粒子在生物显影、DNA转染、药物递送、与高分子复合、促进成骨和抑菌等方面的应用,对羟基磷灰石纳米粒子的表面修饰研究进行论述,探讨相关表面修饰思路和技术及修饰应用效果。通过表面修饰,不仅可以提高羟基磷灰石纳米粒子的分散性和悬浮稳定性,提升药物装载能力和促进成骨能力,还可以赋予其生物显影能力、主动靶向功能和抑菌能力。总之,表面修饰是一种促进羟基磷灰石纳米粒子生物医学应用的有效手段。