镍钛合金表面电沉积羟基磷灰石以及EDTA-2Na的影响

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镍钛合金是一种由钛和镍元素等原子构成的合金,具有形状记忆特性和超弹性,在临床上可用于脊柱侧弯矫正和牙齿矫正,可用于制作血管支架、医用导线等。但是镍钛合金是一种金属材料,且镍本身对身体有毒性,材料生物相容性差。为了将镍钛合金优良的机械性能用于医学上,就要对其进行生物活化处理。近年来,羟基磷灰石的研究引起了人们广泛关注,它是脊椎动物骨骼无机成分,具有优良的生物活性,且可以通过体外化学合成,使得大量生产成为可能。但是羟基磷灰石机械性能差,不能用于承重部位。鉴于镍钛合金和羟基磷灰石各自具有的长处和不足,人们设想将两种材料结合在一起,以期充分发挥羟基磷灰石的生物活性和镍钛合金的机械性能。合成的方法有多种,像等离子体喷涂法、凝胶溶胶法、仿生矿化法和电化学沉积法等。电化学沉积法由于反应条件温和,周期短,条件易于控制的优点得到人们的重视。本文采用的方法就是电化学沉积法。本文首先对电化学沉积法的条件进行了探索,分析了电流密度、沉积时间、络合剂乙二胺四乙酸二钠(EDTA-2Na)对电化学沉积的影响,分析了阳极腐蚀、双氧水处理和碱热处理(NaOH)对于提高镍钛合金的生物活性的作用。实验结果表明:阳极腐蚀可以形成疏松多孔的形貌,有利于扩大材料的表面积,有利于羟基磷灰石的矿化;双氧水处理形成了氧化物层,在镍钛合金基底和羟基磷灰石涂层间形成了过渡层,减弱了热膨胀系数的差距;碱热处理在表面形成了能够诱导羟基磷灰石形核生长的钛酸钠(Na2TiO3);电流密度为1mA/cm2为好,这时单个羟基磷灰石生长的较为充分,对镍钛合金基底的覆盖充分;电沉积时间为一小时为宜,此时单个羟基磷灰石生长充分,对基底的覆盖较好,没有出现结晶;电沉积液中EDTA-2Na的物质的量浓度在1.5~2.5×10-4mol/L为好,此时羟基磷灰石致密,对镍钛合金基底覆盖充分,羟基磷灰石间疏松,有间隙,末端盘绕,这种结构有利于细胞伪足附着;EDTA-2Na的加入使得羟基磷灰石更为纤细、致密,它的形貌表现出末端出现聚拢;EDTA-2Na使得所得羟基磷灰石的羟基的峰更为明锐,并有效抑制了碳酸根的生长;EDTA-2Na使得羟基磷灰石生长的缓慢而均匀,在其他实验条件一致的情况下,对镍有比对钛更强的抑制作用;模拟生理液浸泡实验表明,仅仅经过化学抛光的镍钛合金表面仅仅有零星矿化,阳极腐蚀后出现较多的矿化,双氧水处理后矿化明显增多,EDTA-2Na的加入使得矿化更为均匀平滑,能谱图(EDS)表明EDTA-2Na的加入使得矿化速度变慢;成骨细胞能够在含有EDTA-2Na的羟基磷灰石涂层表面很好的粘附,说明含有EDTA-2Na的羟基磷灰石涂层具有好的生物活性;拉伸试验结果表明,EDTA-2Na的加入使得羟基磷灰石与镍钛合金基底的结合强度提高了一倍;腐蚀实验表明EDTA-2Na的加入能提高涂层的耐腐蚀性;XRD结果表明EDTA-2Na促使羟基磷灰石沿c轴择优生长。
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