Ti-24Nb-4Zr-8Sn合金表面生物相容性研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 郑彩云 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2009-03-16 |
| 授予单位 | 中国科学院金属研究所 |
| 授予地点 | 金属研究所 |
| 导师 | 杨锐 |
| 关键词 | Ti-Nb-Zr-Sn 表面改性 电化学腐蚀 细胞吸附 玻璃陶瓷涂层 |
| 其他题名 | Investigation on biocompatibility of Ti-24Nb-4Zr-8Sn alloy |
| 学位专业 | 材料学 |
| 中文摘要 | Ti24Nb4Zr8Sn (wt.%)合金（简称Ti2448）是一种新型低模量、高强度且不含有毒元素的多功能β型钛合金。作为一种具有巨大应用潜力的新型医用钛合金，除了力学上应该满足硬组织修复和替代材料的基本要求外，还应具有优良的生物相容性。钛植入体的生物相容性主要取决于其表面氧化膜。本文采用体外模拟人体体液浸泡的方法研究了Ti2448合金表面自然形成氧化膜和采用热氧化与水热处理相结合的方法形成氧化膜诱导磷灰石形成的能力，并用电化学方法评估了上述氧化膜在生理环境下的耐腐蚀性能。同时，利用物理方法在合金表面制备了活性涂层，探讨了表面改性和物理涂层两类表面生物活化方法诱导磷灰石形成的机理。通过研究发现： 在诱导磷灰石形成方面，Ti2448合金表面自然形成氧化膜的磷灰石形成诱导能力主要取决于表面羟基含量。当晶粒尺寸从100μm缩小到100nm时，细化晶粒能显著增加表面原子数从而提高合金表面Ti-OH含量，在模拟人体体液（简称SBF）中浸泡时合金表面形成磷灰石的时间缩短。进一步研究发现，分别采用热氧化和水热处理相结合的方法在合金表面引入钙以及用物理方法引入钙和磷能大大加速磷灰石形成。首先，对合金采用热氧化与水热处理相结合的双步处理，在合金表面形成富含TiO2、CaTiO3、CaCO3和 Ca(OH)2的改性层，一方面TiO2水化形成丰富的Ti-OH，另一方面CaTiO3的存在提供磷灰石形核所需的Ti-O-Ca键，并且部分CaCO3和Ca(OH)2溶解，提高了合金表面钙离子浓度和过饱和度。因此，经上述处理后的Ti2448合金表面在SBF中浸泡3天即能形成完整的磷灰石层。其次，采用蘸涂并烧结的方式在合金表面制备了60CaO•30P2O5•3TiO2•ZrO2•6Na2O含钙磷生物玻璃陶瓷涂层。在SBF中浸泡时，一方面，表面有少量的Ti-OH以及大量的钙离子和磷酸根离子的溶解，有益于磷灰石在涂层表面的形核；另一方面涂层中的β-Ca3(PO4)2能够与水介质发生反应，转变为磷灰石。因此，该玻璃陶瓷涂层在SBF中浸泡7天能诱导完整磷灰石层形成。 在细胞相容性方面，Ti2448合金原始表面早期成骨细胞黏附较好，显示出较高的细胞贴壁率。经热氧化及氢氧化钙溶液中的水热处理后，与原始表面相比，成骨细胞黏附和增殖能力基本相当，而玻璃陶瓷涂层表面成骨细胞黏附和增殖能力强，显示出较基体合金更优异的细胞相容性。 在耐腐蚀性方面，Ti2448合金在磷酸盐缓冲溶液中具有较高的自腐蚀电位，较低的腐蚀电流，与纯钛的耐蚀性能相当。经热氧化并随后在饱和氢氧化钙溶液中水热处理后，腐蚀电流密度较600℃热氧化试样降低，腐蚀速度减小。在磷酸盐缓冲溶液中添加牛血清蛋白时，血清蛋白在Ti2448合金表面吸附良好，蛋白质吸附降低了Cl-离子的侵蚀，减小了Ti2448合金腐蚀倾向，但由于蛋白质分子与合金的络合，加速金属离子的溶解，腐蚀电流增大。 |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2012-04-10 |
| 页码 | 114 |
| 源URL | [http://ir.imr.ac.cn/handle/321006/17226]  |
| 专题 | 金属研究所_中国科学院金属研究所 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 郑彩云. Ti-24Nb-4Zr-8Sn合金表面生物相容性研究[D]. 金属研究所. 中国科学院金属研究所. 2009. |
入库方式： OAI收割
来源：金属研究所
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