羟基磷灰石基生物陶瓷复合涂层的制备及其结构性质研究

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1、摘要摘要在金属或合金的表面制备生物活性陶瓷涂层可以获得性能优良的硬组织植入体，它既具有基体金属良好的强度和韧性，还兼具表面涂层良好的生物活性和生物相容性。与传统方法相比，仿生合成广泛适用于各种形貌和特性的基体材料，还能制备有机无机复合的生物活性陶瓷涂层，以及在涂层中负载药物，更好地契合了临床治疗过程中患者的康复进程。但仿生合成的周期较长，且制备的磷灰石类涂层的强度较低，本文在316L不锈锕和NiTI合金基体上制备羟基磷获石基生物陶瓷复台涂层，使爆扫描电子显微镜、EDS能谱、x射线衍射能谱、红外吸收光谱、原子吸收光谱、恒电位仪和划痕试验机等测试方法对涂层和薄膜的结构、形

2、貌、组成、膜基结合强度、抗腐蚀性和生物活性进行了表征。结果表明：通过改进仿生合成工艺过程中的预处理和模拟体液，既提高了涂层与基体之间的界面结合强度，又缩短了涂层的形成时间。本文首先研究了模拟体液的成分、浓度和pH值对仿生合成制备的钙磷涂层的相组成、结晶度和生长速度的影响。使用ca州O)2·4H20和Pz05于模拟体液SBF中诱导钙、磷离子在316L不锈钢表面的形核和生长，发现Ca(NO)2-4H20和P205的浓度越太，涂层中的Ca／P比越接近羟基磷灰石(HAP)的1．67；利用柠檬酸作为缓冲剂配制出5×SBF商浓度模拟体液，发现高浓度模拟体液能显著加快羟基磷灰石涂层

3、的生长速度：进而把5XSBF高浓度模拟体液与壳聚糖溶液相互融合，制备出有机无机复合的生物活性陶瓷涂层，发现5×SBF高浓度模拟体液复合壳聚耱溶液以后，涂层的抗腐蚀性和生物活性提高。在仿生合成工艺过程中，预处理对基体表面的活化效果直接决定钙、磷离子在基体表面异相形核的能力，但传统方法活化效果相对有限且重复性较低。本文将80Ti02．20S102溶胶与Ca-P溶胶相互融合，在Nm合会基体上制备出不同比例的Ti02一Si02一HAP复合薄膜，薄膜的生物活性根好，但随着薄膜中Ca．P溶胶的配比变大，薄膜出现奇特的由裂纹环绕的“岛状”结构，而抗腐蚀性和膜基结合强度逐渐降低；采用

4、逐层涂覆不同比例的Ti02一Si02一HAP溶胶形成梯度薄膜以后，薄膜上的裂纹变成微孑L，在保持良好的生物活性的同时，其抗腐蚀性和膜基结合强度显著提高；最后利用Ti02．Sj02一HAP梯度薄膜代替仿生合成工艺过程中的预处理，形成Ti02一Si02一HAP／HAP般层薄膜，发现薄膜的抗腐蚀性迸一步增强。关键词：硬组织植入体，仿生合成，羟基磷灰石涂层，高浓度模拟体液，梯度薄膜AbstractFabricatingbioactiveceramiccoatingsonthesurfaceofmetaloralloycanformhardtissueimplantsoffin

5、eperformance，itcombinesthebetterstrengthandtoughnessofmetallicsubstrateswiththebetterbioactivityandbiocompatibilityofceramiccoatings．Comparedwitllconventionalmethods．biomimeticsynthesisfitsvariousmatrixmaterialswithdifferentsurfacemorphologyandcharacteristic，Anditprovidesanapproachtofab

6、ricateorganic／inorganiccompositebioactiveceramiccoatings．Especiallysomegivendrugscatqbeintegratedintothecoatings，whichbestaccordswiththeconvalescenceofpatientsduringtheconrseofclinicaltreatment．Butfabricatingapatitecoatingsbybiomimeticsynthesisneedsalongperiodandtheadhesionstrengthbetwe

7、enthesubstrateandcoatingislower．Inthispaper,inordertoincreasethegrowthrateofcalcium-phosphatecoatingsandimprovingthebondingstrengthbetweenmatrixandcoatings，hydroxyapatitebasedbioceramiccompositecoatingswerefabricatedon316LstainlesssteelandNiTialloysubstratesbyoptimizingthebiomi