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医用钛合金表面氧化处理及功能组装研究

冉海琼  
【摘要】:本研究以结合钛合金优良的物理特性与生物分子良好的生物活性及特异性为目的,首先利用阳极氧化法和微弧氧化法分别对医用钛合金表面进行处理,进一步经聚多巴胺(PDA)薄膜修饰后,一方面利用仿生矿化法制备羟基磷灰石(HA)生物活性涂层,研究聚多巴胺对医用钛合金表面生物诱导沉积HA能力的影响。另一方面,我们以聚多巴胺作为桥梁,将具有促进钙吸收和利用的酪蛋白磷酸肽(CPP)分子修饰在氧化处理后的钛合金表面,形成聚多巴胺-酪蛋白磷酸肽(PDA-CPP)生物复合薄膜。并利用仿生矿化法制备HA生物活性涂层,研究CPP对医用钛合金表面生物诱导沉积HA能力的影响。利用场发射扫描电子显微镜(FESEM)、X射线衍射仪(XRD)、接触角测量仪、X-射线光电子能谱仪(XPS)、全反射傅里叶变换红外光谱(ATR-FTIR)等分析测试方法对改性前后钛合金表面的形貌、物相结构、润湿性以及组成成分等进行了分析表征。同时,采用材料与成骨细胞体外共培养的方式,研究了改性前后钛合金表面的细胞相容性。 通过实验研究得到了以下主要结论: (1)与未处理的钛合金相比,经阳极氧化或微弧氧化处理能够在钛合金表面分别形成纳米管和微米孔结构。进一步在二者表面修饰PDA薄膜后,XPS全谱图中出现N元素,证明PDA被成功组装在钛合金表面。水接触角测量结果表明,二者表面PDA薄膜都具有亲水性,水接触角分别为48°和54°。 (2)将氧化处理后组装有PDA薄膜的钛合金表面进行仿生矿化实验,结果发现该层薄膜可以显著提高HA涂层的沉积能力,其表面HA排列较为致密、规则。 (3)利用PDA和CPP之间的酰胺化反应,可在阳极氧化或微弧氧化处理后的钛合金表面组装PDA-CPP生物复合薄膜。由XPS数据分析得知,功能性组装后的钛合金表面其元素组成发生了变化;另外,利用ATR-FTIR可检测到样品表面出现了相应的化学基团的红外特征吸收峰;水接触角测量结果表明,PDA-CPP生物复合薄膜具有更好的亲水性。 (4)将阳极氧化和微弧氧化处理后组装有PDA-CPP生物复合薄膜的钛合金表面进行仿生矿化实验,结果表明二者均能够在较短时间内诱导沉积HA涂层,且与微弧氧化处理组相比较,经阳极氧化处理的钛片具有更好的矿化性能。 (5)对成骨细胞进行体外培养实验后发现,与未修饰的钛合金相比,成骨细胞在氧化处理后组装有PDA-CPP生物复合薄膜的钛片表面表现出更好的粘附性和增殖能力,具有良好的临床应用前景。


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