羟基磷灰石/银复合涂层的电化学制备和表征

论文摘要

随着生活水平的提高,人们对生物材料的生物活性和安全性有更高的要求。金属钛表面涂覆羟基磷灰石涂层是一种理想的人体硬组织替代材料。羟基磷灰石（HAp）是骨的主要成分,具有骨诱导性,能在手术初期促进伤骨生长愈合。然而,这种生物活性的环境也便于细菌的附着和繁殖,细菌感染仍是目前植入手术失败最主要的原因。高温消毒后90%的生物材料仍然带有细菌。银、氧化银及银盐具有广谱和高效的抗菌效果。因此,在金属钛表面沉积HAp/Ag复合涂层,有可能获得既有生物活性又具抗菌特性的生物材料,具有重要的临床应用价值。本文采用复合电沉积法以及其它电化学方法在钛表面沉积HAp/Ag涂层,试图发展一种简单易得,涂层结合力强,生物活性高,抗菌特性好的硬组织生物材料。主要研究结果如下:1.以KI、AgNO3混合液为沉积液,在钛表面电沉积5-30μm的银颗粒。以此为基底,以AgNO3、KI、NaH2PO4、CaCl2四组分溶液为电解液,采用复合电沉积法得到磷酸二氢钙（DCPD）/Ag复合涂层。经碱热处理后得到HAp/Ag复合涂层。该涂层与基底结合力达31.04±4 MPa,较纯HAp涂层结合力（15.05±2MPa）有明显提高。抗菌试验表明复合涂层抗菌性能高。细胞生物学实验显示HAp/Ag涂层无细胞毒性,细胞在HAp/Ag复合涂层表面生长状态良好。2.运用柠檬酸钠还原法得到5-20 nm银粒子的胶体,用乙醇稀释成系列不同浓度的的沉积液在钛板表面电泳沉积纳米银颗粒。在此基底上电化学沉积羟基磷灰石。形貌表征和抗菌性试验表明,涂层中含银量随电泳沉积液中纳米银粒子浓度升高而增加,抗菌性也相应增强。但沉积液中银粒子超过一定浓度时,粒子在钛表面会发生明显团聚,导致抗菌性能降低。据此,初步优化了抗菌效果最佳的复合涂层制备技术,分析了抗菌性变化的原因,认为颗粒团聚后释放Ag0的效率降低,导致抗菌性能降低。本文进一步合成了四面体/立方体和六方形银纳米颗粒,比较了它们的抗菌性差异,提出抗菌性能不仅和颗粒大小、表面积大小相关,而且和形状、晶面相关。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 第一章 绪论
• 1.1 生物材料简介
• 1.1.1 医用金属材料
• 1.1.2 医用高分子材料
• 1.1.3 生物陶瓷材料
• 1.1.4 生物医用复合材料
• 1.2 抗菌材料概述
• 1.2.1 抗菌材料的必要性
• 1.2.2 抗菌材料的发展
• 1.2.3 抗菌材料的分类
• 1.2.3.1 有机抗菌剂
• 1.2.3.2 无机抗菌剂
• 1.3 电化学沉积技术
• 1.3.1 阴极沉积
• 1.3.2 阳极电沉积
• 1.3.3 电化学方法制备羟基磷灰石涂层
• 1.4 本工作的研究内容和意义
• 参考文献
• 第二章 实验仪器和方法
• 2.1.电化学沉积模式
• 2.1.1 恒电位沉积模式
• 2.1.2 恒电流沉积模式
• 2.2.扫描电子显微镜（SEM）
• 2.3.X射线粉末衍射（XRD）
• 2.4.X射线光电子能谱（XPS）
• 2.5.电感耦合等离子体质谱
• 2.6.体外细胞培养实验
• 2.6.1 细胞接种与观测
• 2.6.2 MTT比色分析法
• 2.7.粘结—拉伸实验
• 2.8.材料抗菌性能评价
• 2.8.1 浸渍法
• 2.8.2 平板培养基法
• 参考文献
• 第三章 复合电沉积法制备羟基磷灰石/银抗菌涂层
• 3.1 前言
• 3.2 钛板表面沉积银颗粒
• 3.2.1 钛板的预处理
• 3.2.2 银离子配位剂的选择
• 3.3 复合电沉积HAp/Ag涂层
• 3.3.1 循环伏安法选择复合沉积电位
• 3.3.2 复合电沉积
• 3.3.3 碱热处理
• 3.4 HAp/Ag复合涂层性能的表征
• 3.4.1 XRD和XPS表征
• 3.4.2 SEM/EDS表征
• 3.4.3 涂层结合力的表征
• 3.4.4 抗菌性能测试
• 3.4.5 银离子的释放
• 3.4.6 MTT比色实验
• 3.4.7 细胞培养实验
• 3.5 本章小节
• 参考文献
• 第四章 电化学沉积含纳米银羟基磷灰石抗菌涂层
• 4.1 前言
• 4.2 柠檬酸钠还原法制纳米银
• 4.3 电泳沉积银纳米颗粒
• 4.4 电化学沉积羟基磷灰石
• 4.5 抗菌性能的研究
• 4.6 不同形状银纳米粒子的合成和抗菌性能的比较
• 4.6.1 六边形银纳米粒子的制备
• 4.6.2 四面体/立方体银纳米粒子的制备
• 4.6.3 银纳米粒子的表征
• 4.6.4 不同形状银纳米粒子的抗菌性能考察
• 4.7 本章小结
• 参考文献
• 第五章 结论与展望
• 5.1 主要结论
• 5.2 拟进一步开展的工作
• 作者在攻读硕士学位期间发表与交流的论文
• 致谢