论文题目: 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
论文类型: 硕士论文
论文专业: 材料加工工程
作者: 李亚东
导师: 刘敬肖
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
文献来源: 大连轻工业学院
发表年度: 2005
论文摘要: 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不锈钢和NiTi合金基体上制备羟基磷灰石基生物陶瓷复合涂层，使用扫描电子显微镜、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（NO）2·4H2O和P2O5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）2·4H2O和P2O5的浓度越大，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高浓度模拟体液，发现高浓度模拟体液能显著加快羟基磷灰石涂层的生长速度；进而把5×SBF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糖溶液以后，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80TiO2-20SiO2溶胶与Ca-P溶胶相互融合，在NiTi合金基体上制备出不同比例的TiO2-SiO2-HAP复合薄膜，薄膜的生物活性很好，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；采用逐层涂覆不同比例的TiO2-SiO2-HAP溶胶形成梯度薄膜以后，薄膜上的裂纹变成微孔，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TiO2-SiO2-HAP梯度薄膜代替仿生合成工艺过程中的预处理，形成TiO2-SiO2-HAP／HAP双层薄膜，发现薄膜的抗腐蚀性进一步增强。
论文目录:
摘要
Abstract
第一章 引言
第二章 文献综述
2.1 生物材料概述
2.2 生物材料表面改性的各种方法
2.3 仿生合成工艺的原理、特点、研究现状及改进
2.3.1 仿生合成工艺的原理
2.3.2 仿生合成工艺的特点
2.3.3 仿生合成工艺的研究现状
2.3.3.1 预处理工艺对涂层形成的影响
2.3.3.2 各种模拟体液对涂层形成的影响
2.3.3.3 影响界面状态的各种因素及其对涂层形成的影响
2.3.4 仿生合成工艺的发展与改进
2.4 本文的研究目标、研究内容、技术路线和实验方案
2.4.1 本文的研究目标和研究内容
2.4.2 本文的技术路线和实验方案
第三章 模拟体液的成分和浓度对仿生合成工艺的加速影响
3.1 引言
3.2 实验过程
3.2.1 基片的预处理
3.2.2 模拟体液SBF和5×SBF的配制
3.2.3 涂层的制备和生长过程
3.2.4 涂层的表征
3.3 结果与讨论
3.3.1 Ca(NO_3)_2·4H_2O和P_2O_5诱导形核仿生合成制备钙磷层
3.3.2 5×SBF高浓度模拟体液快速仿生合成制备羟基磷灰石涂层
3.3.2.1 涂层的表面形貌和化学组成分析
3.3.2.2 涂层的相组成分析
3.3.2.3 涂层的FTIR分析
3.3.2.4 涂层的形成机理分析
3.3.3 有机-无机复合模拟体液仿生合成制备含壳聚糖的钙磷复合涂层
3.3.3.1 涂层的表面形貌和化学组成分析
3.3.3.2 涂层的抗腐蚀性分析
3.3.3.3 涂层的生物活性分析
3.4 本章小结
第四章 TiO_2-SiO_2-HAP凝胶薄膜对预处理工艺的改进
4.1 引言
4.2 实验过程
4.2.1 基片的预处理
4.2.2 溶胶的制备
4.2.3 薄膜的制备
4.2.4 薄膜的表征
4.3 结果与讨论
4.3.1 医用NiTi合金表面溶胶凝胶法制备TiO_2-SiO_2-HAP复合薄膜
4.3.1.1 薄膜的表面形貌和化学组成分析
4.3.1.2 薄膜的相组成分析
4.3.1.3 薄膜的FTIR分析
4.3.1.4 薄膜的抗腐蚀性分析
4.3.1.5 薄膜的膜基结合强度分析
4.3.1.6 薄膜的生物活性分析
4.3.2 医用NiTi合金表面溶胶凝胶法制备TiO_2-SiO_2-HAP梯度薄膜
4.3.2.1 薄膜的表面形貌和化学组成分析
4.3.2.2 薄膜的抗腐蚀性分析
4.3.2.3 薄膜的生物活性分析
4.3.2.4 薄膜的膜基结合强度分析
4.3.3 医用NiTi合金表面制备TiO_2-SiO_2-HAP/HAP双层薄膜
4.3.3.1 薄膜的表面形貌分析
4.3.3.2 薄膜的相组成分析
4.3.3.3 双层薄膜的外层的FTIR分析
4.3.3.4 薄膜的抗腐蚀性分析
4.4 本章小结
第五章 结论与展望
5.1 结论
5.2 展望
参考文献
本文的研究特色和创新之处
作者在攻读硕士学位期间发表的学术论文
致谢
发布时间: 2007-11-05
参考文献
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