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《四川大学》 2007年
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溶胶—凝胶法钛表面涂层的改性研究

王芳芳  
【摘要】: 钛是一种生物惰性材料,钛种植体植入体内后,与周围骨组织之间能形成骨整合,但是一种机械嵌合的结合方式。钛种植体与骨的结合强度较低,愈合时间较长。近年来,钛种植体与骨组织之间的生物活性结合成为研究的热点,其关键是钛表面必须具备高的生物活性。 近几年,kokubo研究小组发现,钛用碱热(NaOH溶液)处理后具有生物活性,可以在仿生体液(SBF)中诱导磷灰石形成。其机理在于,钛经过NaOH溶液处理后表面生成钛酸钠,钛酸钠在体内水解,释放出Na~+,Na~+与H_3O~+发生离子交换,形成Ti-OH基团,Ti-OH基团吸引Ca~(2+)形成钛酸钙,钛酸钙再结合PO_4~(3-)形成磷灰石。同时Na~+释放后,局部的PH值升高,提高了体液对磷灰石的过饱和度,利于磷灰石沉积。然而由于钛表面的天然存在的氧化膜厚度和成分不均一,通过碱热法难以生成特定的单一成分的钛酸钠,致使诱导生成的磷灰石也难以均一。现有的研究也未对碱热处理所生成的钛酸钠种类进行专门的鉴定,目前尚无关于单一成分钛酸钠生物学行为的研究报道。 本实验的目的是通过sol-gel法在钛表面制备一种单一成分的钛酸钠(Na_2Ti_6O_(13)),检测其体外诱导磷灰石的能力以评价其生物活性。同时采用溶胶凝胶法制备HA及TiO_2涂层,对HA、TiO_2、Na_2Ti_6O_(13)三种钛表面涂层的细胞学行为进行比较,在评价Na_2Ti_60_(13)涂层细胞毒性和细胞相容性的同时,比较Na_2Ti_6O_(13)涂层与HA,TiO_2涂层的细胞学行为有无差别,以便深入了解Na_2Ti_6O_(13)涂层的生物学行为。课题内容分为以下三部分: 第一部分:溶胶-凝胶法钛酸钠(Na_2Ti_6O_(13))涂层的制备、表征及生物活性评价。采用溶胶凝胶法制备Na_2Ti_6O_(13)溶胶,涂层于商业纯钛表面,烧结不同的温度(500,600,700,800℃),探索生成Na_2Ti_6O_(13)晶体的温度。采用X射线衍射(XRD)对其成分进行鉴定,使用扫描电镜(SEM)对其形貌及断面进行观察。结果显示:烧结温度达到800℃时,形成Na_2Ti_6O_(13)晶体,晶体直径为纳米级(约为数百纳米)。烧结500℃,600℃,700℃时均没有Na_2Ti_6O_(13)晶体生成,生成物为无定形结构。本研究就800℃处理组做进一步深入研究。SEM观察发现涂层表面均匀致密,表面没有裂纹,涂层厚度约为0.5μm。再将Na_2Ti_6O_(13)涂层的钛片浸泡于SBF中,SEM进行形貌观察,XRD进行定性分析,以评价其诱导磷灰石沉积能力。结果显示:Na_2Ti_6O_(13)涂层具备诱导磷灰石沉积的能力,说明该涂层具备生物活性。生成的磷灰石颗粒直径较均匀。 第二部分:溶胶-凝胶法HA,TiO_2涂层的制备和表征。使用SEM,XRD对涂层进行表征。结果表明分别生成HA涂层和锐钛矿型TiO_2涂层,晶体结晶状况良好。制备出的涂层薄,均匀,致密,没有裂纹。其中HA涂层厚约0.8μm,TiO_2涂层厚约1.2μm。 第三部分:钛表面三种涂层的细胞学行为评价。通过体外成骨细胞的培养,评价三种涂层对成骨细胞附着、增值及分化的影响。结果显示,成骨细胞在三种涂层表面附着良好,相对于商业纯钛三种涂层均能促进成骨细胞的增值,其中HA涂层表现更为优越,Na_2Ti_6O_(13)涂层与TiO_2涂层表现相似。三种涂层对成骨细胞的分化均无不良影响,三者之间没有统计学差异。成骨细胞可以在涂层表面正常分化,表达特异性的蛋白。 综上所述,本课题通过溶胶凝胶法制备出单一成分的钛酸钠(Na_2Ti_6O_(13))涂层,并对其进行生物活性鉴定,探索了钛表面涂层的新途径。同时比较三种涂层的细胞学行为,对Na_2Ti_6O_(13)涂层的细胞学行为进行了客观评价。
【学位授予单位】:四川大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:R783.1

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【引证文献】
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