磷灰石涂层镁基生物材料的制备及应用基础研究

论文摘要

医用金属材料具有强度高,韧性好及抗弯曲疲劳强度高,易于加工成型等优良特点,并在生物骨组织替换中表现出良好的力学性能。金属镁的弹性模量与生物骨骼较为接近,而且镁离子是生物体所需离子,是理想的骨骼替代材料。磷灰石具有良好的生物相容性和生物活性,其化学组成和结构与人骨类似,磷灰石涂层镁基生物复合材料,既可以充分利用磷灰石和金属镁作为生物材料的巨大优越性,又可以有效解决镁金属在生物体内受体液的腐蚀问题。可以预见这一生物复合材料是未来生物硬组织损伤后修复或取代的理想材料。本研究在充分吸收国内外关于镁合金在生物材料应用方面的研究成果的基础上,开展镁基金属生物材料的制备及应用基础研究。研究成果对于实现磷灰石涂层金属镁生物材料产业化应用,提高人类的生活质量、保护人类健康、挽救生命和创造重大社会经济效益方面具有重大的社会和经济效益。本论文采用X射线衍射分析（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）等测试方法研究了纯镁金属在SBF仿生溶液中的腐蚀动力学特性及其机理,结果表明:纯镁在SBF溶液中的腐蚀以析氢腐蚀为主,腐蚀产物主要为Mg（OH）2,溶液对镁基体的浸蚀速率跟浸泡时间成反比。在研究纯镁金属在SBF仿生溶液中腐蚀特性基础上,为改善纯镁金属沉积磷灰石涂层表面环境及提高镁基体耐蚀性,对金属镁基底分别进行了酸碱法及活化预处理,并通过金相显微镜和扫描电子显微镜（SEM）观察金属镁表面预处理后的组织状况来确定基体预处理的最佳工艺参数。结果表明酸碱处理过程中,最佳的酸洗时间为400480s,碱洗时间为515 min,活化时间为30min;采用仿生沉积法制备了磷灰石涂层金属镁生物材料。配制了三种不同仿生液,通过测定沉积液中Mg2+、Ca2+离子浓度变化及pH值变化,并结合采用X射线衍射（XRD）、电子能谱分析（EDS）及扫描电子显微镜（SEM）等测试方法对沉积涂层及沉淀物进行物相分析。结果表明:三种仿生液中涂层的生长方式类同,都是在DCPD基体上以点状柱形生长方式生长,表明试样经过预钙化处理后,沉积涂层成分有倾向于磷灰石转变的趋势;钙离子以钙磷盐的形式从仿生液中析出,钙磷盐的析出与镁金属的腐蚀速度快慢有一定关系,而与仿生沉积液中镁离子浓度的大小关系不大;氟元素有利于钙磷盐的析出;在纯镁仿生沉积磷灰石环境中,氟磷灰石涂层较羟基磷灰石更容易沉积,但涂层成分仍有较多的Mg（OH）2。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 引言
• 1.1 生物医用金属材料的研究现状
• 1.1.1 生物材料
• 1.1.2 生物医用金属材料
• 1.1.3 生物医用金属基复合材料
• 1.2 生物医用镁基金属材料
• 1.2.1 镁基金属材料
• 1.2.2 镁基金属涂层生物材料
• 1.2.3 镁基生物材料改性方法
• 1.3 仿生法沉积磷灰石涂层
• 1.3.1 引入官能基团方法
• 1.3.2 晶体成核与生长
• 1.4 选题依据及研究意义
• 1.5 研究内容及主要技术路线
• 1.5.1 研究内容
• 1.5.2 本论文的主要技术路线
• 第2章 实验
• 2.1 实验药品及材料
• 2.1.1 实验药品
• 2.1.2 实验材料
• 2.2 实验过程
• 2.2.1 纯镁基体处理
• 2.2.2 纯镁腐蚀特性实验
• 2.2.3 纯镁仿生沉积磷灰石
• 2.3 实验仪器及设备
• 2.3.1 涂层用仪器及设备
• 2.3.2 测试用仪器及设备
• 第3章 纯镁在SBF 溶液中的腐蚀特性
• 3.1 纯镁在SBF 溶液中的腐蚀动力学
• 3.2 纯镁表层腐蚀形貌和物相分析
• 3.3 小结
• 第4章 涂层用基体预处理
• 4.1 酸碱法处理
• 4.2 活化处理
• 4.3 小结
• 第5章 磷灰石涂层镁基生物材料的仿生沉积
• 5.1 磷灰石析出的热力学条件分析
• 5.2 试样预钙化处理
• 5.3 仿生沉积
• 2+、Ca²⁺浓度及PH 值变化'>5.3.1 沉积液Mg²⁺、Ca²⁺浓度及PH 值变化
• 2+对沉积结果的影响'>5.3.2 Mg²⁺对沉积结果的影响
• 5.2.3 F-对沉积结果的影响
• 5.4 小结
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读学位期间取得学术成果