生物活性陶瓷材料表面碳酸羟基磷灰石形成及其微观结构的研究

制备了羟基磷灰石(HAP)、生物活性玻璃、硅灰石以及羟基磷灰石和硅灰石的复合陶瓷等几种不同的生物活性陶瓷材料,在同一条件下对材料进行模拟体液(SBF)浸泡实验并用傅立叶红外光谱(FTIR)和场发射扫描电镜(FESEM)对试样表面进行了表征.结果显示,几种生物陶瓷材料经模拟体液浸泡后,表面都沉积了碳酸羟基磷灰石(HCA).不同的材料,表面沉积HCA的速度和微观结构有所差异.在硅灰石表面沉积HCA的速度最快,而在HAP表面沉积HCA的速度为最慢.HAP和硅灰石表面沉积的HCA层较为疏松,与此相比生物活性玻璃表面沉积的HCA层较为致密.这几种生物活性陶瓷材料表面沉积的HCA基本上都为光滑的球形颗粒.羟基磷灰石与硅灰石复合后不仅沉积HCA的速度发生很大变化,而且表面生成的HCA的微观结构也发生了改变.我们的结果显示,在模拟体液中材料表面HCA沉积速度和微观结构可以作为评价无机生物材料体外生物活性的一个重要方法,而通过羟基磷灰石和硅灰石复合可以调控材料的生物活性。     

生物陶瓷及其复合材料表面诱导类骨磷灰石层形成的研究

钙磷生物材料表面类骨磷灰石层的形成对其植入体内诱导新骨生成起非常重要的作用.本实验采用2倍模拟体液(2×SBF)为介质,通过仿生浸泡的方法研究了羟基磷灰石(HA)陶瓷及其复合材料羟基磷灰石/聚乳酸(HA/PLA)、羟基磷灰石/聚己內脂(HA/PCL)、羟基磷灰石/丝素(HA/SF)和羟基磷灰石/壳聚糖(HA/CS)表面诱导类骨磷灰石层形成的差异.实验结果表明,HA陶瓷及其复合材料在2×SBF溶液中仿生浸泡7d后,各样品表面均有一层厚度不同的类骨磷灰石层生成.并且该类骨磷灰石层的结晶度较低,晶粒较细(15～30nm),与人体自然骨无机物的结构非常类似.其中,在这4种复合材料中,HA/CS和HA/SF复合材料中因丝素蛋白和壳聚糖富含多种功能基团,能有效促进类骨磷灰石晶体的形核和生长,因而诱导类骨磷灰石生成的能力最强,显示其良好的生物活性.     

羟基磷灰石纳米棒的合成及其体外生物活性研究

在没有任何表面活性剂存在的情况下，利用水热法合成了尺寸分布均匀的羟基磷灰石（HAp）纳米棒，其长度和直径分别为0．5～1．51am和45～60nm。通过模拟体液（SBF）浸泡实验，研究了其体外生物活性。结果显示，浸泡10d后的羟基磷灰石纳米棒直径变为60～140nm，表面有新的羟基磷灰石层的形成，表明了该羟基磷灰石纳米棒具有良好的生物活性．     

硅酸盐生物活性陶瓷研究进展

生物陶瓷经历了由惰性生物陶瓷如氧化铝和氧化锆陶瓷到可降解生物陶瓷如磷酸三钙陶瓷及具有生物活性的生物陶瓷如羟基磷灰石陶瓷的发展过程。近年来,随着再生医学研究和组织工程技术的发展,对生物材料的性能有了更高的要求,有学者提出了第三代生物材料的概念,认为新一代生物材料应该既具有生物活性,又可降解。研究发现,一些含硅的生物玻璃兼具有这两种特性,其生物活性体现在可以在模拟体液或体内环境中诱导形成类骨磷灰石,这种类骨磷灰石可以与骨组织形成键合。此外,研究显示这类生物玻璃材料具有促进细胞增殖和成骨基因表达的作用。但是,生物活性玻璃存在不易再加工成型,进一步热处理后生物活性和降解性会发生变化等问题。在生物玻璃研究的基础上,研究了一系列钙-硅体系的硅酸盐陶瓷,证实了这类生物陶瓷具有良好的生物活性和降解性,其生物活性和降解性与其化学组成有密切的关系,细胞实验显示这类硅酸盐陶瓷也具有促进细胞增殖分化和骨组织再生的作用,有望成为新一代骨修复材料。     

双步微弧氧化技术制备纯钛梯度膜层的研究

采用微弧氧化技术,以β-甘油磷酸钠和乙酸钙混合溶液为电解液,对样品进行预微弧氧化-微弧氧化复合工艺制备出含有羟基磷灰石与梯度结构的生物活性功能膜层。采用XRD、SEM、EDS等对膜层的相组成、形貌以及成分结构进行了分析,结果表明,预微弧氧化形成较小孔径结构的致密阻挡层,可以阻止基体金属离子向体内释放;进一步采用微弧氧化技术在预处理的样品表面制备出含羟基磷灰石的多孔生物活性功能膜层,使整个膜层沿垂直基体方向从致密结构的底层向多孔结构的表面层逐渐变化,膜层的成分从生物稳定性的底层向生物活性的表面层梯度变化;膜层表面成分主要由金红石型TiO2、锐钛矿型TiO2和低结晶程度的羟基磷灰石等相构成,具有梯度结构特征的膜层既保持了膜层的生物活性,又保证了膜层与基体具有高的结合强度。     

HAp/SiO2复合陶瓷材料的制备及体外生物活性

HAp和SiO2的混合粉末压制成型后,在1200℃下烧结得到含5.0%(质量分数)SiO2的HAp/SiO2生物陶瓷复合材料。烧结体的XRD及FT-IR分析结果表明,SiO2的添加促进了HAp发生热分解。其主要物相为α-TCP、HAp、Ca2P2O7以及生物玻璃(bioglass,BG)等。体外生物活性实验结果显示,样品浸泡在模拟体液(SBF)中24h后,表面出现花瓣状磷灰石沉积物,72h后进而生成板状沉积物,120h后在样品表面覆盖了较厚的类骨磷灰石层,经XRD测试分析表明,该层主要为碳酸羟基磷灰石(HCA)。制备的HAp-5.0%(质量分数)SiO2生物陶瓷复合材料具有比纯HAp更加优越的体外生物活性,可期待作为一种新的骨修复材料。     

β-磷酸三钙/聚乳酸组织工程支架在模拟体液中的降解和矿化性能EI北大核心CSCD

利用扫描电镜、X射线衍射仪、红外漫反射仪,以及对β-磷酸三钙/聚乳酸组织工程支架在模拟体液(SBF)中失重率和模拟体液pH值的变化的测试,系统研究了聚乳酸组织工程支架在模拟体液中的降解和矿化性能。结果发现,随着β-磷酸三钙/聚乳酸组织工程支架在模拟体液中浸泡时间的增长,模拟体液的pH值有下降趋势;支架材料的质量是降解和矿化作用共同影响的结果。X射线衍射图谱和红外光谱(FT-IR)漫反射图谱研究表明,浸在SBF中的支架表面有磷灰石沉积物出现,且沉积物与β-磷酸三钙的晶型相似。     

β-磷酸三钙/聚乳酸组织工程支架在模拟体液中的降解和矿化性能

利用扫描电镜、X射线衍射仪、红外漫反射仪,以及对β-磷酸三钙/聚乳酸组织工程支架在模拟体液(SBF)中失重率和模拟体液pH值的变化的测试,系统研究了聚乳酸组织工程支架在模拟体液中的降解和矿化性能。结果发现,随着β-磷酸三钙/聚乳酸组织工程支架在模拟体液中浸泡时间的增长,模拟体液的pH值有下降趋势;支架材料的质量是降解和矿化作用共同影响的结果。X射线衍射图谱和红外光谱(FT-IR)漫反射图谱研究表明,浸在SBF中的支架表面有磷灰石沉积物出现,且沉积物与β-磷酸三钙的晶型相似。     

电压对钛表面微弧氧化陶瓷层特性的影响

为了提高钛表面的生物活性,利用微弧氧化技术在钛表面制备了含有钙磷的多孔二氧化钛陶瓷层。研究了施加电压对多孔微弧氧化层的平均孔径、表面粗糙度、相成分、钙磷含量以及Ca/P原子比的影响。结果表明,随着微弧氧化电压的升高,平均孔径、表面粗糙度、膜层中钙磷含量以及Ca/P原子比都逐渐增大,膜层的相成分由锐钛矿逐渐向金红石转变,并且膜层中逐渐有羟基磷灰石生成。     

两步电沉积法制备HA-Ti/HA复合涂层的研究

为了提高金属基羟基磷灰石（HA）涂层的结合强度,采用复合电沉积一电沉积两步法在含Ti粉的钙磷电解液中制备HA—Ti／HA复合涂层,对涂层的组分结构、表面形貌、热稳定性、结合强度和生物活性进行了研究．实验结果表明：两步法制备的底层为HA—Ti复合涂层,外层为纯HA涂层的HA—Ti／HA复合涂层既提高了涂层的结合强度,又保证了涂层的生物活性．当涂层中Ti粉的质量分数为51．2wt％时,涂层与基体的结合强度达到21．2MPa,约为纯HA涂层的3倍．模拟体液浸泡7天后,涂层表面即被一层球状碳磷灰石覆盖,具有良好的生物活性,与纯HA涂层相比,复合涂层具有更好的耐蚀性能．     

生物活性钛涂层

真空等离子喷涂的钛涂层经 ５．０ｍｏｌ／Ｌ ＮａＯＨ溶液处理后,将其浸泡在含 Ｃａ^２＋、ＨＰＯ_４^２－的模拟生理体液（ＦＣＳ和ＳＢＦ）中,考察涂层诱导羟基磷灰石生长过程,并评价其生物活性．用ＳＥＭ观察碱处理前后和在模拟生理体液中浸泡后钛涂层的形貌,用ＡＥＳ分析了碱处理前后钛涂层的表面成分;用ＸＲＤ、ＦＴ－ＩＲ和ＥＤＳ表征浸泡后涂层表面生长物的结构和成分;并测量了处理后钛涂层在浸泡过程中溶液中离子浓度和ｐＨ值的变化．结果表明,经处理的钛涂层在模拟生理体液中能诱导羟基磷灰石在其表面生长;在ＳＢＦ和ＦＣＳ分别形成碳酸羟基磷灰石层和含氧磷灰石的羟基磷灰石层．钛涂层的活性是由于碱处理后表面形成了网状和纤维状结构的Ｎａ－Ｔｉ－Ｏ化合物．这种化合物在模拟生理溶液中释放Ｎａ^＋,吸收Ｈ^＋;形成水化钛酸盐,诱导羟基磷灰石成核生长．     

微弧氧化法制备含铈羟基磷灰石生物活性膜层

采用微弧氧化法在含有乙酸钙、β-甘油磷酸钠、硝酸铈的电解液中在纯钛金属表面原位生成了多孔含Ce羟基磷灰石生物涂层.用XRD、SEM、EDS、细胞培养等方法对膜层的厚度、物相、成分组成及生物相容性进行了研究.结果表明膜层粗糙多孔,厚度为15～25μm,与钛基体之间无明显界面;膜层表面主要物相为含Ce的羟基磷灰石;细胞培养结果表明膜层具有良好的生物相容性.     

梯度结构羟基磷灰石生物活性涂层的性能

采用等离子喷涂系统在Ti6Al4V钛合金基体表面制备出真有梯度结构的羟基磷灰石生物活性梯度涂层,利用纳米硬度计等手段分析了生物活性涂层的梯度结构．结果表明：金属基体与陶瓷界面区域的弹性模量和硬度呈梯度变化;生物活性功能涂层的表面具有典型的多孔结构特征,整个涂层沿垂直基体方向从底层致密结构向表面层多孔结构过渡;涂层的成分从生物稳定性的底层至生物活性的表面层呈梯度变化,涂层表面成分为具有生物活性的羟基磷灰石．涂层的这种结构特征保持了涂层的生物活性,提高涂层与基体的结合强度（48．6MPa）。     

氟化钠处理对炭/炭复合材料磷灰石生物活性涂层的影响

通过声电沉积工艺在炭/炭复合材料表面制备钙磷生物活性涂层, 采用扫描电镜、 X射线能谱仪、 X射线衍射仪、 红外光谱等方法研究了氟化钠处理前后钙磷生物活性涂层的形貌、 结构和组成。实验结果表明: 氟化钠能促进磷酸三钙转化为含氟羟基磷灰石(FHA), 并提高涂层结晶度; 经氟化钠处理后, 羟基磷灰石(HA)的(112)、 (300)衍射峰明显增强, 涂层是HA和FHA的混合物。氟化钠处理前后涂层表面形貌均为片状晶体, 但处理后其颗粒尺寸增大; 氟化钠处理后涂层与基体的结合强度略有增强, 结合强度可达4.08MPa, 涂层氟的含量为4.59wt％。分析了炭/炭复合材料表面HA转变为FHA的反应机制。采用氟化处理HA制备FHA涂层时, 应加入磷酸盐保持整个反应过程的pH值不变。      

生物活性聚乳酸/SiO2-CaO复合薄膜的制备和表征（英文）

以聚乳酸、正硅酸乙酯和硝酸钙为原料,采用溶胶-凝胶方法制备了不同比例的聚乳酸/SiO2-CaO多孔复合薄膜.采用扫描电子显微镜和红外光谱仪对薄膜的微观结构和组成进行分析,并利用表面Zeta电位测定仪对其表面电位进行表征,通过模拟体液浸泡实验和MTT方法对薄膜的生物活性和细胞毒性进行评价.结果表明:复合薄膜在模拟体液中经过7d的浸泡,薄膜表面形成了环状结构的类骨磷灰石层;随着SiO2-CaO含量增加,复合薄膜表面微孔的孔径变小,薄膜表面Zeta电位变负,诱导类骨磷灰石沉积的能力增强;MTT实验证实复合薄膜对MG-63细胞没有毒性且有利于细胞的增殖.     

喷砂酸蚀处理促进Ti6Al7Nb表面钙磷沉积

研究了Ti、Ti6Al4V和Ti6Al7Nb 3种钛基材料在喷砂酸蚀处理后成骨细胞在其表面生长的生物活性。通过Al2O3喷砂和盐酸、硫酸混合物酸蚀的表面改性方法,在Ti、Ti6Al4V和Ti6Al7Nb3种钛基材料表面进行喷砂酸蚀处理,通过SEM观察样品的表面形貌,样品的表面呈现出微米级多孔形貌;将样品浸入模拟体液(simulated body fluid,SBF)中浸泡7,14和21 d后通过SEM、X射线衍射仪(XRD)分析样品表面沉积物的形貌、物相,样品浸入SBF 14 d后,Ti6Al7Nb表面最先观察到表面覆盖的羟基磷灰石涂层;样品浸入SBF 21 d后,Ti、Ti6Al4V和Ti6Al7Nb表面都观察到羟基磷灰石涂层。羟基磷灰石涂层有利于促进钛基植入体与体内骨组织的骨结合,喷砂酸蚀处理的Ti6Al7Nb表现出良好的生物活性。     

磷灰石-硅灰石/β-磷酸三钙复合多孔支架材料的制备和表征

以磷灰石-硅灰石玻璃陶瓷(AW)粉和β-磷酸三钙(β-TCP)粉为原料. 以硬脂酸为致孔剂. 经模压成型、1170℃烧结制备磷灰石-硅灰石/β-磷酸三钙复合多孔支架材料(AW/βTCP). 采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、能谱(EDS)、诱导耦合等离子体原子发射光谱(ICP-AES)等方法分析支架的晶相组成、显微结构、物理性能、生物活性和降解性. 将大鼠骨髓间充质干细胞(rMSCs)与支架体外复合培养评价支架的生物相容性. 结果表明: 所制备的AW/β-TCP支架材料的抗压强度达14.3MPa. 孔隙率达66.9%. 孔径为100～700μm. 具有良好的生物相容性、生物活性和降解性. 可作为骨组织工程支架的候选材料.     

硼硅酸盐生物活性玻璃在直流电场下的体外矿化性能

硼硅酸盐生物活性玻璃具有良好的生物活性和骨传导性, 但大多数生物活性玻璃表现出非线性降解和矿化行为, 矿化性能会随着时间而减缓。电场作为一种外场辅助调节的方法, 能够干预玻璃的离子交换和扩散。本研究利用直流电场干预硼硅酸盐生物活性玻璃的体外矿化, 加快降解较慢阶段中硼硅酸盐生物玻璃的生物活性。将熔融法制备的成分为18SiO₂-6Na₂O-8K₂O-8MgO-22CaO-2P₂O₅-36B₂O₃的硼硅酸盐生物活性玻璃浸泡在SBF生理模拟液中, 施加0~90 mA的电流, 研究直流电场对硼硅酸盐生物玻璃降解及体外矿化性能的影响。研究结果表明, 施加电场不仅可以提高硼硅酸盐生物活性玻璃的降解率和离子释放量, 而且有利于玻璃网络水解和表面羟基化, 加速羟基磷灰石的生成。其中失重率比对照组提高了3%~5%, 硼和钙的离子释放量分别较对照组提高了2.3~2.9倍和1.9~2.3倍。对硼硅酸盐生物活性玻璃表面结构分析得出, 暴露在电场下的样品表面生成了磷灰石层。应用直流电场可以提高生物活性玻璃的降解及体外矿化性能, 为提升骨修复效果提供了一种新思路。     

大孔孔径对含CO3^2-的双相HA／β-TCP多孔陶瓷表面类骨磷灰石形成的影响

钙磷陶瓷植入生物体内后其表面首先形成一层含CO3^2-的类骨磷灰石层。它对钙磷陶瓷诱导新骨的生成起非常重要的作用。本文以模拟体液SBF9^#为介质。利用体外模拟装置首次研究了以新工艺制备的含CO3^2-的双相HA／β-TCP多孔陶瓷其大孔孔径对表面类骨磷灰石形成的影响。结果表明该陶瓷因CO3^2-的掺入导致类骨磷灰石晶体的形成时间大大缩短(从14d缩短至6d)。且以300～400μm的大孔孔径最有利于类骨磷灰石晶体的形成。此外还有缺钙羟基磷灰石晶体的生成。而最不利于类骨磷灰石晶体形成的大孔孔径为400～500μm。大孔孔径的优化有利于该陶瓷材料骨诱导性的提高，进而有利于骨缺损的快速修复。     

无机钙质成分增强的聚乳酸类复合材料

以聚乳酸类生物降解高分子为基体、以无机钙质成分(羟基磷灰石、磷酸钙、珊瑚、珍珠层等)为增强材料的聚乳酸类复合材料,具有良好的生物相容性,在骨修复领域有重要的应用。本文介绍了其研究近况,指出使用新型的复合工艺、采用纳米增强材料和开发新型增强材料是聚乳酸类复合材料的发展趋势。