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表面氧化钛膜、含钙和含磷的钛表面表征与钛生物活性

冯波  
【摘要】: 钛植入体的生物学性能取决于其表面氧化膜的表征。自然生成的钛氧化膜是生物惰性的,为赋予钛生物活性,通常对表面氧化膜进行改性或在其表面涂覆羟基磷灰石涂层。然而,关于钛的表面表征与生物活性的关系,即钛的生物活化机理,迄今还没有充分的认识。在本论文中,通过金红石二氧化钛膜、锐钛矿二氧化钛膜、含钙的钛表面、含磷的钛表面和Ti-羟基磷灰石涂层的表征,结合羟基磷灰石沉积、蛋白质吸附和细胞体外培养,研究了钛的表面表征与生物活性的关系。 表面钛氧化膜的研究表明,钛的生物活性与表面羟基和表面能有关,而与其晶相无必然联系。相对于表面酸性羟基,碱性羟基对钛生物活性有更大的作用。表面羟基,包括碱性羟基和酸性羟基含量越高,表面能的极性分量越大,吸附的 氧化钦膜、含钙和丈磷的认表面表征与认生物沽件 蛋白质和细胞越多,细胞活性越高。表面粗糙度增加也促进了羟基磷灰石的沉积 和蛋白质与细胞的吸附。 钛表面的钙和磷都能诱导羟基磷灰石的沉积。一方面是因这两种表面都较无 钙、磷表面含有更多表面羟基:另一方面,则由于表面钙或磷在模拟生理环境中 与磷或钙之问的化学作用。但是,与含磷表面相比较,羟基磷灰石更快地沉积到 含钙表面,形成更为均匀的涂层。含钙表面,由于钛表面有大量的钙离子和表面 带有正电荷,磷酸根离子先于钙离子沉积到表面;而含磷表面,则是钙离子先于 磷酸根离子沉积到钛表面。在含钙的钛表面,蛋白质和细胞更容易吸附,并且吸 附的细胞有更高活性,这可能是含钙表面的正电荷有利于血清蛋白的吸附和细胞 的配体蛋白吸附。在含钙的钛表面,吸附蛋白质中元素的状态和细胞的行为类似 于在Ti一羟基磷灰石涂层表面。因而,对钛的生物活性,表面钙起着主要的作用。 此外,也用水蒸气热处理的钛制备含钙表面,然后沉积羟基磷灰石。与未经 水蒸气处理的试样相比较,羟基磷灰石涂层对底材的结合强度明显提高。这可能 是因水蒸气处理后,表面有更多的表面羟基和更高的表面能,使表面具有更高的 反应活性。


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