微弧氧化及后处置对纯钛生物活性影响

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1、微弧氧化及后处置对纯钛生物活性影响1绪论1.1生物医用材料生物医用材料是一类具有特殊性能的材料，是材料科学技术中正在发展的一个新领域，已经成为材料科学的一个重要分支，可用于人工器官或外科修复等等，增进或恢复人体组织功能，而又不会对人体产生不良影响。生物材料的历史可追溯到公元前，玛雅人用玉器作骨修复材料[1]；古埃及的人早在公元前3500年就用象牙修复失牙；16世纪人们用金属或陶瓷作为齿根，用金属做固定内板骨[2]；19世纪德国的User等人发展了无菌的外科手术，使得植入手术成功率明显提高；20世纪，陶瓷材料首次植入人体[

2、3]。虽然现有的生物材料很多，但在应用时与人体的原器官和组织相差甚远，为了使人类健康水平提高，人们致力于开发具备更好性能的生物材料。1.1.1生物医用材料具备的性能首先，种植体植入人体后，与周围的组织、器官接触，就要承受各种力的作用，所以种植体材料一定要满足一定的力学性能要求。比如要有适当的强度和良好的靭性，一定的抗冲击疲劳强度、耐磨损性能等。其次，人体内部是一个较敏感的液体化学环境，所以要求种植体必须要有适当的化学稳定性。既要能和骨组织结合，又不能很快被环境腐蚀。一般生物材料在人体内有三种化学稳定性，生物惰性、生物活性

3、以及生物降解和吸收三种。另外，除了满足强度、耐腐蚀性等的物理化学性能外，植入体内的生物医用材料为了不产生排斥反应，还必须得满足生物学上的要求，也就是生物相容性。生物相容性是生物医用材料在应用中引起适当的宿主反应和产生效用的能力。植入体植入人体内会与人体内的组织细胞等发生相互作用，把组织与机体对植入材料的作用叫宿主反应，相反，把植入材料对组织和机体的作用叫材料反应。生物相容性包括的第一个方面是血液相容性，血液相容性要求植入材料不能与血液产生溶血作用，不可以破坏血液的组成成分，还不可以有凝血作用或形成血检；其次是组织相容性，

4、组织相容性要求材料不能对细胞产生毒性，否则可能会诱发组织畸变或基因突变，同时组织不会对材料产生严重的排斥反应和腐烛；最后是力学相容性，力学相容性要求植入材料的强度、硬度等力学性能与人体的组织相匹配，过高或过低都不好，例如强度太高会破坏周围组织，强度太低会使材料发生断裂失效。1.1.2生物医用金属材料生物医用材料有很多不同的种类，按材料的性质组成来看，生物医用金属材料、生物医用陶瓷材料、生物医用高分子材料、生物医用复合材料和生物医用衍生材料都属于它的分类。生物医用金属材料是用于生物材料的金属或者合金，是有着优异的机械性能和

5、抗疲劳性能的一类生物惰性材料。由于其良好的综合力学性能及易加工性等，是临床应用于牙科、外科等领域较广泛的种植体材料，例如螺钉、用于固定的钢板、人工关节、牙种植体、骨钉等等。选择生物医用金属材料，也必须要满足一定的要求：没有毒性、抗生理腐蚀性、良好的生物相容性、具有与骨接近的弹性模量和易加工性。依据这些条件，用于骨和关节等硬组织材料的生物医用金属材料主要有不诱钢（铁基)、钴及其钴合金和钦及其钛合全。1.3经基憐灰石（HA)轻基磷灰石（Hydroxyapatite,HA)是一种生物活性的陶瓷，化学分子式为(Caio(P04M

6、〇H)2)，密度为3.16g/cm3，微溶于水，Ca/P比为1.67，属于六方晶系。轻基磷灰石的结构、成分和形态与人体骨、牙等硬组织中的无机质非常相似，，表现出优异的生物相容性和生物活性[15]，并且对人体无毒。轻基磷灰石植入人体后，直接通过溶解表层、沉积新的磷灰石层的方式诱导新生骨不仅在轻基磷灰石表面生长，还在周围的骨组织上外延生长，实现了骨的快速双向生长。HA还具有很好的骨传导性和骨诱导性[16]，当与骨组织接触时，新骨便可沿涂层的表面攀附生长。当HA与周围骨组织的间隙大于2毫米时，仍然能激发诱导新骨的长入，并使新骨

7、逐渐充满整个间隙。但轻基憐灰石作为植入体使用时的强度等力学性能很低，尤其当作为承载部件时易发生脆性断裂，引起植入的失效。2实验材料及研究方法2.1实验总流程电解液一般为含有一定金属或非金属氧化物的碱性盐溶液，因为碱性氧化法对环境的影响较小，且在其阳极生成的金属离子还可以转变为带负电的胶体粒子，从而其逐渐取代酸性氧化法。同时，电解液中其它的金属离子也可以进入膜层，改变和调整膜层的微观结构，使其获得一些新的特性。有时根据氧化膜性能的需要，还可在溶液中添加一些有机或无机盐类作为辅助添加剂。目前常用的电解液有四种体系，分别为娃酸

8、盐体系、氧氧化钠体系，销酸盐体系和磷酸盐体系。电解液的组分可以决定微弧氧化膜层的成分结构和性能，因此选择合适的电解液是微弧氧化膜层能否成膜的关键。本实验中选择乙酸纟丐((CH3COO)2Ca.H2O)、憐酸氢二钠（NazHPCU.I2H2O)和娃酸钠作为微弧氧化实验的电解液。其中，乙酸妈和磷酸氢二钠分别作为膜层中Ca