生物活性Ti6Al4V植入体的制备及其相关性能研究

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	生物活性Ti6Al4V植入体的制备及其相关性能研究
	赵颖
学位类型	博士
导师	王隆保
	2006-06-16
学位授予单位	中国科学院金属研究所
学位授予地点	金属研究所
学位专业	材料加工工程
关键词	Ti6al4v 阳极氧化碱处理 Tio2 Sbf 磷灰石生长因子骨
摘要	Ti6Al4V具有优异的力学性能、良好的耐蚀性和生物相容性，在整形医学领域里受到广泛关注。然而钛合金是生物惰性材料，植入人体后无法与周围组织形成化学键合，很容易造成植入体的脱落。本文主要针对Ti6Al4V在临床应用中存在的生物惰性和金属离子溶出问题，采用NaNO3/甲醇阳极氧化、碱处理法和H2SO4阳极氧化法对Ti6Al4V进行表面改性。研究改性Ti6Al4V表面层的微观结构、形貌与生物活性的关系。利用扫描电子显微镜（SEM）和能谱分析（EDS）、X射线衍射分析（XRD）、X射线光电子谱（XPS）、傅立叶变换红外光谱（FTIR）等分析测试方法对Ti6Al4V表面氧化膜及其浸入SBF或植入动物体后的表面形貌、成分、结构进行分析表征，并对磷灰石形核机理进行了探讨。主要结果如下：　　采用NaNO3/甲醇电解液阳极氧化可在Ti6Al4V表面上制备一层厚度达30~40 的非晶氧化钛膜，该膜具有良好的耐蚀性但无生物活性。碱处理后浸入1.5SBF有磷灰石形成，说明经过碱处理后Ti6Al4V具有生物活性；采用KGYF型电源在H2SO4电解液中阳极氧化，氧化电位30V，氧化时间1min，阳极氧化后在Ti6Al4V表面上形成了一层由锐钛矿和金红石型TiO2组成的多孔氧化钛膜，浸入1.5SBF中仅1天就有磷灰石形成，表现出良好的生物活性。而在相同工艺条件下在普通电源上阳极氧化仅生成一层无活性的非晶氧化钛膜。NaNO3/甲醇阳极氧化处理后碱处理，使表面富含羟基，是诱导羟基磷灰石形核的主要原因；H2SO4阳极氧化在Ti6Al4V表面形成了大量配位不饱和的钛离子和氧离子，而水易在其表面解离吸附为H+和OH-，进而形成Ti-OH，在SBF中诱导磷灰石形核。　　利用冷喷涂技术和超音速颗粒轰击技术对Ti6Al4V进行表面改性。超音速颗粒轰击技术可以有效地增加样品的表面粗糙度，提高活性表面的诱导磷灰石形成能力。采用冷喷涂技术，在Ti6Al4V表面喷涂纯钛涂层并对涂层碱处理，可以形成较厚的表面活性涂层。　　将NaNO3/甲醇阳极氧化及碱处理的Ti6Al4V植入体植入大鼠颌骨，以Ti6Al4V和316L做阴、阳性对照组。通过HE染色及BMP-2、TGF-β1、PDGF骨生长因子的免疫组化染色研究，结果表明表面活性处理Ti6Al4V植入体/骨界面结合优于Ti6Al4V和316L合金。BMP-2、TGF-β1、PDGF在大鼠体内植入体/骨界面处的表达与骨的生长和成熟相一致，在骨诱导过程中发挥着重要作用。　　将NaNO3/甲醇阳极氧化及碱处理和H2SO4阳极氧化处理的Ti6Al4V植入体植入家兔体内的实验研究表明，表面活性处理Ti6Al4V植入体/骨界面的结合优于Ti6Al4V植入体，表明其具有良好的生物活性。　　通过本文的研究可以推论，SBF过饱和是磷灰石形核的外因，而Ti6Al4V表面Ti-OH的形成是诱导磷灰石形核的内因。NaNO3/甲醇阳极氧化后碱处理直接在表面引入了Ti-OH基团，而H2SO4阳极氧化形成了大量配位不饱和的Ti离子和O离子与溶液中的水相互作用形成Ti-OH，从而具有较强的诱导磷灰石形核能力，故具有良好的生物活性。
页数	153
语种	中文
文献类型	学位论文
条目标识符	http://ir.imr.ac.cn/handle/321006/16912
专题	中国科学院金属研究所
推荐引用方式 GB/T 7714	赵颖. 生物活性Ti6Al4V植入体的制备及其相关性能研究[D]. 金属研究所. 中国科学院金属研究所,2006.