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医用纯钛表面纳米化和生物相容性研究

武兴华  
【摘要】:纯钛具有优异的生物相容性和耐蚀性等是医学种植体的首选材料。但该种金属的强度较低,耐磨损性能较差,限制了它的应用和发展。如何提高钛和钛合金的机械性能而又不损害其生物相容性是各国科学家研究的热点问题之一 由于纳米结构具有高表面能、高强度,耐磨性好等特点,所以钛的表面纳米化是一个改进其性能的好选择。在本论文中,我们采用机械球磨法在纯钛表面制备出一个纳米晶层。利用X-射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)、扫描电镜(SEM)和表面轮廓仪等分析手段对该纳米表层进行了结构表征,并系统地研究了纳米结构表层的生物学行为。主要研究结果如下: 实验表明表面机械球磨处理可在纯钛表面获得纳米晶层,其晶粒尺寸在6-33 nm之间,且晶粒取向随机分布。在纳米层下面存在一个剧烈塑性变形层,球磨时间越长,该塑性变形层越深,球磨240min后可达40μm左右。 球磨处理后,样品表面硬度大幅度提高,其值可达8.0 GPa左右,远高于粗晶钛。硬度由表面到心部逐渐降低,有效深度超过30μm。另外样品表面粗糙度也有所改善。 成骨细胞体外培养实验表明:材料表面的粗糙度、晶粒尺寸均会影响成骨细胞的生长情况。在纳米钛表面,肌动蛋白聚积更加明显,细胞伸展更加不规则,ALP活性及OC含量表达等均高于普通样品。且随样品球磨时间的增加,细胞在球磨样品表面的黏附、增殖水平增加,ALP活性及OC含量增大。


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