溶胶——凝胶浸提法与脉冲电化学沉积法在多孔钛表面制备Ag/HA复合涂层

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钛及钛合金由于在生物环境下具备良好的机械性能、抗腐蚀能力和生物相容性,已经被广泛的应用于制造植入器件和生物医学设备,例如髋关节、膝关节、牙科植入体等。但是金属钛表现出的生物惰性使得人体骨组织难以与它直接结合。另外,块状金属钛植入体的杨氏模量(90—110GPa)与人体自然骨的杨氏模量(0.3-30 GPa)相差较多。这会引起严重的应力弯曲并最终导致骨质再吸收,植入体脱落等问题。如果把钛植入体制作成多孔状就可以通过调节多孔钛的孔隙度来间接的调节植入体的杨氏模量,使其尽量与人体自然骨相接近。另外,研究表明,与块状植入体相比,多孔钛与骨的结合强度要远高于块状植入体与骨的结合强度。这是因为生物营养成分可以自由通过多孔钛内部并为长入多孔钛内部的骨组织提供养分,有利于在多孔钛内部长入骨组织。这种类似于内锁结构的结合将明显提高多孔钛与骨的结合强度。如果在多孔钛表面制备具有生物活性的羟基磷灰石(HA)涂层,并用纳米银(Ag)赋予涂层一定的抗菌能力,就可以得到兼容优良机械性能、抗感染和生物相容性的生物医用植入材料。本研究通过泡沫复制粉末冶金法制备多孔钛。钛粉粒径为30μm左右,浸浆干燥后首先经过400℃马弗炉烧结去除聚氨酯泡沫。再经历2小时1300℃真空烧结就可以得到强度和通孔率较高,孔径尺寸理想的多孔钛支架。目前,制备Ag/HA复合涂层的方法较多,例如等离子喷涂法,磁控溅射法等。但是大多数方法属于线性方法,不能够在形状复杂基底(如多孔钛)内外表面同时制备Ag/HA复合涂层。而溶胶—凝胶浸提法和脉冲电化学沉积法是两种能够顺利在多孔钛内外表面制备均匀连续Ag/HA复合涂层的方法。本研究溶胶—凝胶浸提法中,在150ml的羟基磷灰石凝胶中加入不同质量的硝酸银,充分溶解后浸提多孔钛。干燥后600℃烧结即可得到Ag/HA复合涂层。脉冲电化学沉积过程当时,电解液中[Ca2+]=5.0mmol/l,[PO43-]=3.0 mmol/l;pH=4.0;沉积时间=2小时;脉冲电位=—2V。在电解液中加入不同质量的硝酸银即可控制Ag/HA复合涂层中的纳米银颗粒含量。通过扫描电子显微镜,X射线衍射仪,EDS能谱仪等检测发现,两种方法都能够在多孔钛内外表面同时制备均匀连续的复合涂层。不同的是溶胶—凝胶浸提法所得涂层厚度较高,大概在30μm左右,涂层呈疏松状;脉冲电化学沉积法所得涂层厚度保持在10μm左右,涂层整体较为紧致。EDS能谱检测发现,两种方法所得涂层中的纳米银都能够均匀分体外细胞培养实验发现,溶胶—凝胶浸提法所得Ag/HA1.6复合涂层对细胞增殖和细胞分化有明显影响;脉冲电化学沉积法制备的EAg/HA0.8和EAg/HA1.6复合涂层没有发现细胞毒性。在抗菌能力方面,两种方法所得涂层对大肠杆菌和白色葡萄球菌的抗菌能力都随着涂层中银含量的增加而增加并都可以达到95%以上的抗菌率。
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