钛合金表面宽带激光熔覆梯度生物陶瓷复合涂层及其细胞相容性

论文摘要

羟基磷灰石（HA）具有良好的生物相容性和生物活性。但HA的力学性能并不令人满意，其弯曲强度和断裂韧性指标均低于致密骨，因而限制了它在人体承重部位的应用。虽然钛及其合金具有良好的生物相容性和力学性能，但钛及其合金属于生物惰性材料，几乎不具有生物活性。因此，钛合金基体上附着具有生物活性的HA涂层，综合利用基体的强度和HA涂层的生物活性，被认为是最具应用前景的承重骨替换材料。本文就现在制备生物陶瓷涂层存在的问题，利用宽带激光熔覆加工技术，采用梯度设计思想，通过加入不同种类、不同含量的稀土来提高激光熔覆羟基磷灰石涂层的生物活性及生物相容性，在钛合金（TC4）表面制备含HA+β-TCP活性生物陶瓷复合涂层，并利用XRD、SEM、显微硬度分析等技术对生物活性梯度涂层的组织结构进行深入研究；并从细胞生物学水平对生物陶瓷复合涂层的细胞相容性进行评价。结果表明：（1）梯度生物陶瓷复合涂层分为基材、合金化层以及生物陶瓷层三个层次，且各梯度层的结合界面均为良好的化学冶金结合。稀土氧化物CeO2及Y2O3在宽带激光熔覆过程中，可以降低涂层的开裂敏感性，细化晶粒。（2）稀土氧化物CeO2及Y2O3在激光熔覆生物陶瓷过程中均有诱导合成HA+β-TCP的作用。（3）Ca／P=1．5的粉末配比经激光熔覆后所生成的陶瓷组织较Ca／P=1．4的陶瓷组织细小，结晶状态好，且催化合成HA+β-TCP最大数量所对应的CeO2添加量是不同的。当Ca／P=1．4，CeO2的添加量达到0．4wt．％时，合成HA+β-TCP的数量最多；而当Ca／P=1．5，加入CeO2的量在0．2-0．4wt．％范围内时，合成HA+β-TCP的数量最多。（4）含稀土氧化物CeO2和Y2O3涂层对成骨细胞均无毒副作用。生物陶瓷涂层表面的钙磷基活性陶瓷相数量影响着成骨细胞的增殖，当Ca／P=1．4时，含0．4wt．％CeO2涂层具有最多的细胞增殖数量，且含CeO2涂层比含Y2O3的涂层具有更多的细胞增殖数量。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 生物活性陶瓷类型及研究现状
• 1.1.1 生物活性玻璃的研究概况
• 1.1.2 生物活性玻璃陶瓷的研究概况
• 1.1.3 磷酸钙生物陶瓷的研究概况
• 1.2 生物活性陶瓷涂层的研究现状
• 1.2.1 生物活性陶瓷涂层的制备技术
• 1.2.2 生物活性陶瓷涂层的组织结构研究
• 1.2.3 生物活性陶瓷涂层生物相容性研究
• 1.3 激光熔覆生物陶瓷涂层的研究现状
• 1.3.1 激光表面熔覆技术
• 1.3.2 激光熔覆生物活性陶瓷涂层的研究
• 1.4 本文的目的及研究内容
• 第二章 宽带激光熔覆梯度生物陶瓷涂层的制备及表征
• 2.1 实验材料
• 2.1.1 基体材料
• 2.1.2 熔覆层材料
• 2.2 梯度生物复合涂层的制备
• 2.2.1 试验设备
• 2.2.2 梯度生物陶瓷涂层成份设计
• 2.2.3 宽带激光熔覆梯度生物陶瓷涂层的制备过程
• 2.3 表征方法
• 2.3.1 梯度生物陶瓷复合涂层组织结构分析方法
• 2.3.2 梯度生物陶瓷复合涂层细胞相容性分析方法
• 第三章 不同稀土氧化物对梯度生物复合涂层组织结构的影响
• 2含量对宽带激光熔覆梯度生物陶瓷涂层组织结构的影响'>3.1 CeO₂含量对宽带激光熔覆梯度生物陶瓷涂层组织结构的影响
• 3.1.1 梯度生物涂层的结合界面
• 2含量对陶瓷复合涂层组织形貌及开裂敏感性的影响'>3.1.2 CeO₂含量对陶瓷复合涂层组织形貌及开裂敏感性的影响
• 2含量对生物陶瓷涂层相结构的影响'>3.1.3 CeO₂含量对生物陶瓷涂层相结构的影响
• 3.1.4 不同Ca/P比粉末对宽带激光熔覆梯度生物陶瓷复合涂层的影响
• 2含量对陶瓷复合涂层硬度的影响'>3.1.5 CeO₂含量对陶瓷复合涂层硬度的影响
• 2O₃含量对宽带激光熔覆梯度生物陶瓷涂层组织结构的影响'>3.2 Y₂O₃含量对宽带激光熔覆梯度生物陶瓷涂层组织结构的影响
• 2O₃含量对陶瓷复合涂层组织形貌的影响'>3.2.1 Y₂O₃含量对陶瓷复合涂层组织形貌的影响
• 2O₃含量对生物陶瓷涂层相结构的影响'>3.2.2 不同Ca/P条件下Y₂O₃含量对生物陶瓷涂层相结构的影响
• 本章小结
• 第四章 梯度稀土生物陶瓷涂层的细胞相容性研究
• 4.1 试验材料及试剂
• 4.1.1 试验材料
• 4.1.2 实验试剂
• 4.1.3 成骨细胞的培养（ros17/28）
• 4.1.4、试验内容
• 4.2 结果与讨论
• 4.2.1 MTT分析
• 4.2.2 荧光染色分析
• 4.2.3 SEM形貌分析
• 本章小结
• 第五章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录