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纯钛表面激光熔覆处理的实验研究

屠姗姗  
【摘要】:目的本研究通过筛选合适的预置式铺粉粘结剂,寻求最佳激光熔覆参数,在纯钛片表面进行激光熔覆钛粉(颗粒大小为45μm),构建多孔表面形貌,观察激光熔覆后钛片表面形貌、检测钛片表面成分,体外培养小鼠骨髓基质干细胞(BMSCs)检测激光熔覆后钛片生物相容性,探讨钛表面多孔形貌对细胞黏附、增殖和分化的影响。 方法本实验对五种粘结剂进行筛选,选择预置式铺粉方式在氩气保护环境中,寻求激光熔覆最佳参数,采用脉冲式掺钕钇铝石榴石晶体(Nd:YAG)激光熔覆钛粉于纯钛片表面。采用扫描电子显微镜(SEM)观察钛片表面形貌、能量弥散X射线谱(EDS)检测钛片表面成分。本实验将光滑表面钛片设为对照组(A组),激光单纯轰击处理钛片为对照组(B组),激光熔覆处理预涂层钛片为实验组(C组)。体外培养BMSCs,采用SEM观察细胞黏附状况,细胞计数试剂盒(CCK-8)检测法、碱性磷酸酶(ALP)试剂评价钛片表面形貌对BMSCs增殖和分化的影响。 结果确定电流110A,峰值功率2.2KW的Dd:YAG激光熔覆钛粉,以构建钛片表面互相连通的微纳米二级多孔结构,孔隙大小界于100nm~20μm。实验表明九水硅酸钠(CW)为较适合粘结剂,激光熔覆处理后钛表面成分为钛元素和硅元素。BMSCs体外培养表明: B组钛片表面细胞黏附多于A组,C组钛片表面细胞黏附多于A组和B组,C组钛片表面三维孔洞里形成纤维网状结构,提示激光熔覆钛片表面形貌对BMSCs黏附、增殖和分化有明显促进作用,具有良好的生物相容性。 结论采用脉冲式Nd:YAG激光熔覆钛粉处理钛片表面,构建了100nm~20μm的多孔表面形貌,明显增加了钛片表面面积。相互连通的孔洞结构为细胞提供更多的生长空间,钛片表面窝沟孔洞微观结构有利于细胞黏附、增殖和分化,可望增加牙种植体界面骨结合率及界面机械锁结力。采用CW粘结剂的钛片激光熔覆后能谱显示存在粘结剂所含的无机物--硅元素,提示可以加入无机生物活性材料来增加材料的表面生物活性的设想。激光熔覆技术可为种植体表面改性处理提供一种既有效又环保的方法,随着快速成形技术(Rapid Prototyping,RP)的迅速发展,激光快速成形(Laser Rapid Prototyping,LRF)技术将在种植体表面处理及种植体加工领域具有广阔的应用前景。


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