医用镍钛形状记忆合金羟基磷灰石涂层的制备及其生物活性

背景:目前多采用等离子喷涂技术在钛及其合金表面涂覆羟基磷灰石涂层,制备成复合材料。但由于羟基磷灰石与钛合金基体的热膨胀系数相差较大,涂层在冷却过程中易产生脱落。目的:在医用镍钛形状记忆合金表面制备致密、均匀的羟基磷灰石生物陶瓷涂层,利用动物实验考查镍钛/羟基磷灰石涂层材料的生物相容性。方法:利用阴极旋转法在低温条件下从含钙、磷离子的电解水溶液中在镍钛形状记忆合金表面沉积了磷酸钙涂层,经碱处理获得羟基磷灰石涂层。分析工艺参数对涂层结构的影响。利用动物植入实验对该复合材料的生物活性进行研究,并与镍钛/羟基磷灰石与Ca3(PO3)2?2H2O混合涂层复合材料、医用镍钛形状记忆合金、医用钛合金进行对比。结果与结论:电化学沉积-碱处理方法适合在镍钛形状记忆合金表面制备羟基磷灰石生物活性陶瓷涂层,沉积电压、温度对涂层结构有强烈影响。4种不同材料植入动物体内后周围均出现不同程度的组织增生,在骨膜组织切片中都可见软骨细胞且有骨小梁形成,涂覆有羟基磷灰石涂层的植入材料组织反应较轻,相应的组织切片中所显示出的软骨细胞、骨小梁数量最多,分布均匀,表明羟基磷灰石涂层提高了医用镍钛形状记忆合金的生物活性。     

预钙化对二氧化钛纳米管/羟基磷灰石生物复合材料制备的影响

背景：羟基磷灰石与钛复合制备的复合材料是理想的人体骨替代材料。但纯钛金属基板由于无生物活性,难以在其表面生长羟基磷灰石,因此必须对钛片进行预处理。目的：制备二氧化钛纳米管/羟基磷灰石复合材料,并观察预钙化对羟基磷灰石沉积速率的影响。设计、时间及地点：对比观察实验,于2007-05/2008-01在华中师范大学物理科学与技术学院纳米技术中心完成。材料：钛片由宝鸡金属研究所提供,厚度250μm,纯度99.7%。方法：用电化学方法在钛片表面制得二氧化钛的纳米管,并通过热处理得到晶态的二氧化钛。将钛片先后浸泡在饱和氯化钙、磷酸二氢钾溶液中进行预钙化处理。然后在37℃条件下将已有二氧化钛阵列的钛片置于模拟体液中浸泡。主要观察指标：于浸泡1,3,5,7,14d后采用扫描电子显微镜观察样品表面形貌的显微结构,复合材料的结构采用X射线衍射仪进行表征。结果：扫描电镜结果显示：浸泡14d后,羟基磷灰石在预钙化处理钛片表面形成涂层,基本将纳米管表面覆盖;而未经预钙化处理钛片形成较少的羟基磷灰石,没有形成涂层。X射线衍射仪结果显示：浸泡14d后,经过预钙化处理的纳米管阵列表面出现较多的羟基磷灰石,可以清楚地观察到羟基磷灰石的各个特征峰。结论：利用仿生模拟法制备羟基磷灰石复合材料过程中,通过预钙化处理,羟基磷灰石的生长速率显著提高。     

钛基表面纳米银复合涂层的缓释性能

背景：骨科植入材料表面改性可以减少或避免细菌黏附,利用金属表面的特殊涂层释放抑菌及杀菌成分可以预防骨科术后感染。目的：选择不同的制备参数,在医用纯钛表面沉积羟基磷灰石/纳米银复合涂层,观测复合材料表面银离子在模拟体液中的缓释性能。方法：利用脉冲电化学方法,在含银、钙、磷离子的溶液中实现纳米银和羟基磷灰石在钛表面的共沉积,再高温烧结处理制得复合涂层钛材料,用扫描电镜、X 射线衍射仪、能谱仪对其形貌、组成进行表征。将分别含有0.5,1 mmol/L银的复合涂层钛材料浸泡在模拟体液中,在不同的时间点用原子能吸收光谱法检测Ag＋浓度。结果与结论：复合涂层是由纳米针状羟基磷灰石和点状的银颗粒相互交织成的网状结构,纳米银颗粒在涂层中均匀分布。高温处理后涂层变得致密,羟基磷灰石的晶化度提高,银颗粒在烧结后无团聚现象。在模拟体液中,第1-7天Ag＋释放量最大,第7-30天Ag＋释放量趋于稳定并维持有效抗菌浓度。含0.5 mmol/L银复合涂层钛材料在30 d时Ag＋释放总量低于细胞毒性浓度,含1.0 mmol/L银复合涂层钛材料在30 d时Ag＋释放总量接近细胞毒性浓度的临界值,因此含0.5 mmol/L银电解液制备的材料用于临床更安全可靠。     

人工颈椎间盘不同涂层影响骨髓间充质干细胞的黏附及分化

背景：钛合金人工颈椎间盘具有良好的生物相容性,但钛合金存在生物活性差、与骨结合强度低、在生理环境下易造成金属离子释放等问题。目的：观察国产人工颈椎间盘钛合金终板不同涂层对大鼠骨髓间充质干细胞黏附、分化的影响。方法：将第3代Wistar大鼠骨髓间充质干细胞,接种于含羟基磷灰石涂层、钛粉复合羟基磷灰石涂层的钛合金板及裸钛合金板的24孔板内,培养的第24,48小时后分别终止培养,扫描电镜观察细胞生长情况;接种24 h后加成骨诱导剂进行诱导,并于第3,5,7天各收集细胞裂解后离心的上清,检测碱性磷酸酶表达。结果与结论：骨髓间充质干细胞与材料复合培养48 h后,羟基磷灰石组和钛粉复合羟基磷灰石组表面的细胞呈多角形,并伸出细长伪足伸入到材料的微孔内,与材料表面紧密黏附;而裸钛合金组骨髓间充质干细胞分化较差且黏附率低。随时间延长,各组碱性磷酸酶表达均增加,羟基磷灰石组和钛粉复合羟基磷灰石组各时间点的碱性磷酸酶表达均较裸钛合金组明显增高（P＜0.05）。表明羟基磷灰石、钛粉复合羟基磷灰石涂层可有促进大鼠骨髓间充质干细胞的黏附和分化。     

三维打印制备钛/羟基磷灰石复合体及功能梯度材料***

背景：传统压模成形法制备的钛/羟基磷灰石复合材料结构简单,自动化程度较低,难以控制材料的孔隙率及孔径,不能满足多样化需求。目的：评价三维打印成型技术制备钛/羟基磷灰石复合体及功能梯度材料的可行性。方法：设计钛/羟基磷灰石复合体为直径25 mm、高度15 mm的圆柱体,功能梯度材料为直径25 mm,上层5 mm的钛粉末层,下层5 mm钛/羟基磷灰石粉末层的圆柱体CAD模型。利用三维打印技术制备钛/羟基磷灰石复合体及功能梯度材料并进行烧结。观察烧结完成后钛/羟基磷灰石复合体和钛/羟基磷灰石功能梯度材料的显微结构,并行X射线衍射分析和抗压强度检测。结果与结论：烧结后的钛/羟基磷灰石复合体及功能梯度材料试件均匀无收缩和变形。钛/羟基磷灰石复合体形成紧密结晶体,孔径为50-150μm。钛和羟基磷灰石在烧结中发生了化学反应,生成物包含Ca 3(PO 4)2、CaTiO 3、TiO 2和CaO,其抗压强度为(184.3±27.1) MPa。烧结后钛/羟基磷灰石功能梯度材料在微观结构下可见不同材料间较为清晰的分界线,具有梯度结构。表明三维打印技术制备钛/羟基磷灰石复合体及功能梯度材料的微观结构和力学性能可满足医用生物植入材料的要求。     

三维打印制备钛／羟基磷灰石复合体及功能梯度材料

背景：传统压模成形法制备的钛/羟基磷灰石复合材料结构简单,自动化程度较低,难以控制材料的孔隙率及孔径,不能满足多样化需求。目的：评价三维打印成型技术制备钛/羟基磷灰石复合体及功能梯度材料的可行性。方法：设计钛/羟基磷灰石复合体为直径25 mm、高度15 mm的圆柱体,功能梯度材料为直径25 mm,上层5 mm的钛粉末层,下层5 mm钛/羟基磷灰石粉末层的圆柱体CAD模型。利用三维打印技术制备钛/羟基磷灰石复合体及功能梯度材料并进行烧结。观察烧结完成后钛/羟基磷灰石复合体和钛/羟基磷灰石功能梯度材料的显微结构,并行X射线衍射分析和抗压强度检测。结果与结论：烧结后的钛/羟基磷灰石复合体及功能梯度材料试件均匀无收缩和变形。钛/羟基磷灰石复合体形成紧密结晶体,孔径为50-150μm。钛和羟基磷灰石在烧结中发生了化学反应,生成物包含Ca 3（PO 4）2、CaTiO 3、TiO 2和CaO,其抗压强度为（184.3±27.1） MPa。烧结后钛/羟基磷灰石功能梯度材料在微观结构下可见不同材料间较为清晰的分界线,具有梯度结构。表明三维打印技术制备钛/羟基磷灰石复合体及功能梯度材料的微观结构和力学性能可满足医用生物植入材料的要求。     

一种碳/碳复合材料表面制备高结合强度羟基磷灰石涂层的新方法

背景：目前在碳/碳表面制备羟基磷灰石涂层的方法有很多种,但所制涂层与基体的结合强度不高。目的：提出一种在碳/碳复合材料表面制备高结合强度羟基磷灰石涂层的新方法。方法：首先利用感应加热法在基体表面制备出无水磷酸氢钙涂层,而后对其进行水热处理,转变为羟基磷灰石相。扫描电镜观察涂层的形貌,划痕法测试涂层的临界载荷,顶出法测试剪切强度。结果与结论：感应热沉积法可以在碳/碳复合材料表面制备出致密的块状晶粒结构的无水磷酸氢钙涂层;通过水热处理可以将其转变成结晶完好致密的羟基磷灰石涂层。涂层的临界载荷为13.31N,剪切强度约为47MPa。     

聚乳酸/壳聚糖纳米纤维/纳米羟基磷灰石支架与兔软骨细胞的相容性

背景：传统的支架材料存在疏水性强,材料表面缺乏细胞表面受体特异结合的生物活性分子,材料的酸性降解产物易引发无菌性炎性反应等不足。根据仿生原理及软骨真实结构和构成来选择和制备组织工程软骨支架能够获得理想效果。目的：制备聚乳酸/壳聚糖纳米纤维/纳米羟基磷灰石支架,评价其与兔膝关节软骨细胞的生物相容性,探讨其应用于关节软骨组织工程的可行性。方法：采用二次相分离技术制备聚乳酸/壳聚糖纳米纤维/纳米羟基磷灰石复合支架,将第3代新西兰兔软骨细胞接种至复合支架材料上复合培养,倒置相差显微镜下观察细胞生长情况。细胞-支架复合物在24孔板中培养5d以后,将其植入裸鼠皮下8周。结果与结论：聚乳酸/壳聚糖纳米纤维/纳米羟基磷灰石支架材料经化学合成后,具有合适的三维多孔结构,孔隙率为90%孔径300-450μm;植入裸鼠皮下8周后Ⅱ型胶原免疫组织化学染色和甲苯胺蓝染色显示细胞-支架复合物中的软骨细胞可以像天然软骨一样分泌黏多糖和Ⅱ型胶原。提示生物材料聚乳酸/壳聚糖纳米纤维/纳米羟基磷灰石对于兔软骨细胞有良好的生物相容性,可作为生物组织工程支架。     

医用镍钛形状记忆合金的表面改性及生物相容性

背景:近等原子比镍钛形状记忆合金以其8%的形变率、上万次的循环次数、优异的抗腐蚀性以及低弹性模量、低磁和射线不透性,成为理想的生物植入材料之一。目的:论述医用近等原子比镍钛形状记忆合金的表面改性及其生物相容性。方法:由第一作者检索1990/2008 PubMed数据库及万方数据库有关医用镍钛形状记忆合金的表面化学处理、化学修饰及植入生物组织后镍离子溶出等方面的文献。结果与结论:近等原子比镍钛形状记忆合金中含镍量较高,对其是否能在人体内安全地长期使用一直存有争议,合金表面改性是提高植入物的生物相容性、解决这一问题的有效途径。镍钛记忆合金可通过表面改性降低镍离子释放,提高生物相容性,为此,国内外学者均做了大量研究工作。但当前对于含镍钛医用合金置入后体内镍离子的代谢过程方面的研究尚不够系统和全面。     

掺镧羟基磷灰石涂层的合成和性能表征

背景：在钛基体表面涂覆羟基磷灰石涂层能改善钛表面生物活性,诱导骨生长,但纯羟基磷灰石力学性能较差,易在生理环境中降解,影响种植体的稳定性。 目的：研究掺镧羟基磷灰石涂层的合成方法及其性能表征。 方法：采用溶胶-凝胶法制备纯羟基磷灰石和掺镧质量分数10%,20%,30%的掺镧羟基磷灰石,通过浸渍-提拉法在钛基体上制备纯羟基磷灰石涂层与掺镧羟基磷灰石涂层。扫描电镜观察掺镧羟基磷灰石涂层的形貌和晶粒微观结构,X射线衍射和傅里叶红外光谱分析其基团结构,原子吸收光谱测定Ca2＋浓度来分析涂层的降解性能。结果与结论：随着掺镧量的增加,羟基磷灰石衍射峰更强,结晶度更高,但对羟基磷灰石的整体结构影响较小,可维持晶体结构的稳定和电荷平衡。掺镧羟基磷灰石涂层均匀致密,与钛基底结合紧密,两者之间虽有可见的界面,但没有明显缝隙和裂纹,提示涂层具有较好的结合强度。通过模拟生物环境测定释放的钙离子得出掺镧羟基磷灰石抗酸性更强。     

钛及钛合金表面生物活性改性及效果评价

背景：钛及钛合金是常用的医用生物材料,其具有良好的生物相容性,但其缺乏骨诱导的能力,其与骨组织之间只是一种机械性的接触。目的：概述钛及其合金表面生物活性改性的方法及对于改性后效果评价的方法,为临床应用提供参考。方法：应用计算机检索PubMed数据库,CNKI数据库中关于钛及钛合金表面生物活性改性的文章,英文检索词为＂titanium,titanium alloy,coating,bioactivity,bone＂,限定文献语言种类为＂English＂,中文检索词为＂钛,钛合金,涂层,活性改性,骨组织＂,限定文献语言种类为中文。结果与结论：在表面生物活性改性的方法中,主要有等离子体喷涂法、微弧氧化法、溶胶-凝胶法及生物仿生法等。钛及钛合金表面的活性涂层已经从单一涂层发展到复合涂层、梯度涂层、纳米梯度涂层,同时多种改性技术的联合运用,也让钛及其合金表面的涂层性能更加完善。对于改性后的效果研究,主要以模拟体液浸泡、成骨细胞培养,亲骨荧光素染色及放射影像学观察为主。对钛及钛合金进行表面生物活性改性是个复杂的工程,既要考虑改性后涂层骨诱导的能力,同时也需要兼顾涂层与基体结合强度的问题。只有对涂层组层进一步研究并利用多种技术对钛及钛合金表面进行处理,才能使其表面的涂层活性更高,并且结合牢固。     

壳聚糖-酪蛋白磷酸肽修饰钛合金表面的成骨细胞黏附与增殖

背景：钛合金表面只有吸附某些有机分子才能使生长因子活化,促进细胞增殖,从而激活周围的骨细胞发挥作用。目的：在钛合金种植体表面制备生物活性涂层,寻找一种有效促进骨整合的方法。方法：采用多步组装方法在硅烷偶联剂修饰的钛合金表面依次接枝壳聚糖与0,5,10g/L的酪蛋白磷酸肽,形成生物活性复合涂层,以未修饰的钛合金为对照。将经过不同处理的钛合金与成骨细胞共培养,利用细胞计数法、荧光染色法、MTT比色法评价涂层的生物学性能。结果与结论：与未修饰的钛合金相比,在壳聚糖上接枝酪蛋白磷酸肽后,钛合金表面成骨细胞的早期黏附与增殖明显提高（P〈0.05）,并且随酪蛋白磷酸肽质量浓度的增大促进作用显著增强（P〈0.05）。说明制备的壳聚糖-酪蛋白磷酸肽复合涂层可以显著提高成骨细胞的功能,增强钛合金的生物学性能,有望成为有效促进骨整合的方法。     

羟磷灰石涂层钛合金植入材料的理化参数、生物相容性及其力学特征

背景羟磷灰石涂层人工关节具有骨长入生物固定作用而能与宿主床骨紧密联结,从而解决人工关节下沉问题.目前临床上最常用的羟基磷灰石(HA)涂层材料主要使用的是等离子喷涂法所制.这种制备方法因为高温,使HA不可避免地产生晶相结构改变,从而使HA的生物活性大为下降,直接影响假体与骨之间的结合.目的通过涂覆工艺研制出一种新的含羟磷灰石玻璃涂层钛合金多孔涂复材料.本实验对该材料进行了理化参数、生物相容性及其力学特征的测定,为该材料在临床的应用提供实验依据.设计随机分组,自身对照实验研究.地点和对象研究在上海市伤骨科研究所完成.48个HA表面涂层及非涂层钛合金材料由轻工业部玻璃塘瓷工业科学研究所制备.干预①测定材料的最佳烧结温度、机械强度,观察材料表面的多孔结构.②取24只新西兰种家兔,在两侧股骨外髁上共植入48个HA表面涂层及非涂层钛合金材料,分别于术后1,2,3,6及12周处死取材.测定骨-HA界面最大剪切强度并作组织学观察.主要观察指标①材料最佳烧结温度、机械强度.②材料表面多孔结构、切片组织学观察.③骨-HA界面的最大剪切强度.结果测出材料的最佳烧结温度为800℃,抗剪强度为18.5 MPa,抗压强度为170 MPa,孔隙率10%～15%,孔径30～70μm.HA涂层钛合金组能与宿主骨紧贴,新骨能迅速长入材料的裂隙和被降解的封闭小孔内,而非涂层材料能使新生骨组织死亡并为结缔组织取代.在术后任一时间段涂层材料骨-HA界面最大剪切强度均明显高于非涂层组.(术后3周均差=0.86,t=15.61,P＜0.01;术后6周均差=1.72,t=18.19,P＜0.01;术后12周均差=4.42,t=12.84,P＜0.01)结论这种新材料能作为人工骨或人工关节材料应用于临床.     

HAF/YSZ梯度复合涂层的制备及结构和性能

背景：在钛合金基体表面制备涂层的方法多为等离子喷涂法、溶胶-凝胶法、离子束溅射法等,所制备的涂层性能不稳定、成分单一,且涂层物相组成较难控制。目的：采用射频磁控溅射技术在Ti6Al4V基体上制备含氟羟基磷灰石梯度复合涂层HAF/YSZ。方法：在Ti6Al4V基体上以射频磁控溅射技术制备含氟羟基磷灰石梯度复合涂层HAF/YSZ,利用X射线光电子能谱、扫描电镜等对涂层的成分分布、形貌、界面结合进行表征。通过模拟体液实验分析和评价HAF/YSZ涂层、HAF1.2涂层及羟基磷灰石涂层的生物性能。结果与结论：所制备的HAF/YSZ梯度涂层表面粗糙,呈多孔岛状结构,有利于新生骨组织生长;涂层与基体结合紧密,各层间相互扩散,整体一致性较好;经模拟体液浸泡后,涂层表面有新生物质沉积,表现出较好的生物活性及稳定性,且梯度复合涂层较氟含量单一的氟羟基磷灰石涂层具有更好的抗体液溶解能力及稳定性。     

钛合金表面介孔二氧化钛涂层的制备及表征

背景：介孔结构的二氧化钛涂层除了具有一般介孔材料的优点外,还具有很好的生物相容性和独特的抗菌性,并且在钛及钛合金表面很易形成。目的：对介孔诱导型二氧化钛涂层和普通的二氧化钛涂层进行形貌结构分析和比较,为钛合金表面介孔结构二氧化钛涂层在生物医学领域的应用提供实验和理论基础。方法：在Ti-6Al-4V合金表面采用模板法和非模板法制备介孔诱导型二氧化钛涂层和普通二氧化钛涂层,使用场发射扫描电子显微镜、快速比表面积/孔隙分析仪和X射线衍射仪对两种二氧化钛涂层的表面形貌结构进行比较分析。结果与结论：在Ti-6Al-4V合金表面制备的稳定介孔二氧化钛涂层,其平均介孔孔径、比表面积和孔容分别为6.6680nm、124.1906m^2/g和0.256470cm^3/g,具有介孔结构大比表面积和孔容的特点,适合对医用钛及钛合金改性。     

HAF/YSZ梯度复合涂层的制备及结构和性能

背景:在钛合金基体表面制备涂层的方法多为等离子喷涂法、溶胶-凝胶法、离子束溅射法等,所制备的涂层性能不稳定、成分单一,且涂层物相组成较难控制。目的:采用射频磁控溅射技术在Ti6Al4V基体上制备含氟羟基磷灰石梯度复合涂层HAF/YSZ。方法:在Ti6Al4V基体上以射频磁控溅射技术制备含氟羟基磷灰石梯度复合涂层HAF/YSZ,利用X射线光电子能谱、扫描电镜等对涂层的成分分布、形貌、界面结合进行表征。通过模拟体液实验分析和评价HAF/YSZ涂层、HAF1.2涂层及羟基磷灰石涂层的生物性能。结果与结论:所制备的HAF/YSZ梯度涂层表面粗糙,呈多孔岛状结构,有利于新生骨组织生长;涂层与基体结合紧密,各层间相互扩散,整体一致性较好;经模拟体液浸泡后,涂层表面有新生物质沉积,表现出较好的生物活性及稳定性,且梯度复合涂层较氟含量单一的氟羟基磷灰石涂层具有更好的抗体液溶解能力及稳定性。     

Histological and histomorphometrical evaluation of the bone reaction to three different titanium alloy and hydroxyapatite coated implants.

The aim of this study was to investigate the bone response to three different types of titanium (Ti) alloys and hydroxyapatite (HA) coated titanium alloy by histological and histomorphometrical analysis. Therefore, implants made of these materials were inserted into the tibia of rabbits. Implantation times were 6 and 16 weeks. The histological evaluation included measurement of the amount of bone apposition and analysis of the bone reaction and interface characteristics around the implants. The results demonstrated no marked differences in bony reaction to the different implant materials. In addition, the HA coatings showed loss of thickness.     

钛及钛合金表面生物活性改性及效果评价

背景:钛及钛合金是常用的医用生物材料,其具有良好的生物相容性,但其缺乏骨诱导的能力,其与骨组织之间只是一种机械性的接触。目的:概述钛及其合金表面生物活性改性的方法及对于改性后效果评价的方法,为临床应用提供参考。方法:应用计算机检索PubMed数据库,CNKI数据库中关于钛及钛合金表面生物活性改性的文章,英文检索词为"titanium,titanium alloy,coating,bioactivity,bone",限定文献语言种类为"English",中文检索词为"钛,钛合金,涂层,活性改性,骨组织",限定文献语言种类为中文。结果与结论:在表面生物活性改性的方法中,主要有等离子体喷涂法、微弧氧化法、溶胶-凝胶法及生物仿生法等。钛及钛合金表面的活性涂层已经从单一涂层发展到复合涂层、梯度涂层、纳米梯度涂层,同时多种改性技术的联合运用,也让钛及其合金表面的涂层性能更加完善。对于改性后的效果研究,主要以模拟体液浸泡、成骨细胞培养,亲骨荧光素染色及放射影像学观察为主。对钛及钛合金进行表面生物活性改性是个复杂的工程,既要考虑改性后涂层骨诱导的能力,同时也需要兼顾涂层与基体结合强度的问题。只有对涂层组层进一步研究并利用多种技术对钛及钛合金表面进行处理,才能使其表面的涂层活性更高,并且结合牢固。