医用Ti2448合金表面纳米管氧化膜制备及其生物性能研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 戴美林 |
| 学位类别 | 硕士 |
| 答辩日期 | 2009-05-29 |
| 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 | Ti2448合金 阳极氧化 氧化物纳米管 生物性能 细胞吸附与增殖 |
| 其他题名 | Fabrication and biological properties of nanotube layer on Ti2448 alloy developed for biomedical application |
| 学位专业 | 材料学 |
| 中文摘要 | Ti-24Nb-4Zr-8Sn（wt.%，简称Ti2448）是一种高强度、低模量、耐腐蚀、无生物毒性的新型β钛合金，在医学领域具有良好的应用前景。但Ti2448为生物惰性材料，需要对其进行表面改性以提高其生物活性及生物相容性。纳米管阵列是一种中空的管结构，具有很大的比表面积，而且其管径和长度可以通过实验参数来控制。若将纳米管阵列结构作为Ti2448合金的表面涂层，并在管中填充药物或其他负载物，将有利于提高其表面生物相容性。 本文通过阳极氧化法在Ti2448合金表面制备一层具有不同尺寸的纳米管氧化膜，研究氧化电压、氧化时间、后续热处理、合金元素、合金组织等各种因素对纳米管的影响，并对该氧化膜的生物活性及组织相容性进行评价。 通过控制阳极氧化工艺参数，在Ti2448表面制备出平均外径为30 nm - 315 nm，厚度为 约 14 μm的纳米管阵列氧化膜。结果表明，在一定的电解液中，10 V - 80 V的电压范围内均能制备出纳米管；在相同的氧化时间下，纳米管的直径和厚度随着氧化电压的增加而增加；在相同的氧化电压下，随着氧化时间的增加，纳米管的厚度增加，但直径基本保持不变。纳米管氧化膜表层为非晶态氧化物，组成为TiO2、Nb2O5、SnO2 和少量ZrO2；随着纳米管厚度的增加出现低价态氧化物Ti2O3、TiO、NbO2 、NbO。在不同温度对纳米管氧化膜进行热处理，450 oC时出现锐钛矿TiO2，750 oC时有部分金红石和Nb2O5析出；热处理消除了纳米管中的F元素，同时还能保持纳米管结构的完整性。研究了Ti2448表面纳米管的生长过程，结果表明，随着氧化时间的增加，初始形成的上层纳米孔结构逐渐溶解，下层自有序的纳米管稳定的向基体推进，长度的增加变得缓慢。另外，Ti2448合金中多种合金元素的协同作用导致纳米管的生长与纯Ti不同，其中Nb氧化物的抗腐蚀性阻止了Ti的过度腐蚀，从而增加Ti2448形成纳米管的电压范围；Zr氧化物的易溶性促进纳米管的初始形成和稳定阶段的持续生长，有利于得到较厚的纳米管氧化膜。由于不同相之间晶体结构和化学成分含量不同，因此两相组织的Ti2448表面不能生成规则均匀的纳米管阵列。 对经过不同处理前后的纳米管氧化膜进行模拟人体生理溶液浸泡，考察了Ti2448纳米管表面的生物活性。结果表明，非晶型纳米管、锐钛矿纳米管、经预钙化处理后的锐钛矿纳米管，均能加速诱导羟基磷灰石的生成；锐钛矿纳米管比非晶态纳米管更利于Ca-P化合物膜层的生长；经过预钙化处理后的锐钛矿纳米管活性最高，在SBF中浸泡2周后就能形成一层均匀、结晶度高的羟基磷灰石。 对具有纳米管氧化膜的Ti2448进行成骨细胞培养，评价了Ti2448纳米管表面的组织相容性。结果表明，纳米管结构不仅提高Ti2448的表面能，还为细胞伪足的延伸提供大量表面位点，利于引导成骨细胞的粘附；纳米管氧化膜改性后的Ti2448合金表面细胞增殖能力显著提高，这主要与纳米尺寸的表面形貌、粗糙度、亲疏水性、表面能、化学成分等因素有关；Ti2448纳米管氧化膜表面的ALP活性显著高于未处理表面。 |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2012-04-10 |
| 页码 | 122 |
| 源URL | [http://ir.imr.ac.cn/handle/321006/17247]  |
| 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 | 戴美林. 医用Ti2448合金表面纳米管氧化膜制备及其生物性能研究[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
浏览0
下载0
收藏0
其他版本
除非特别说明，本系统中所有内容都受版权保护，并保留所有权利。