纯钛阳极氧化及表面薄层羟基磷灰石形成技术的研究 Ⅱ．电解质及电压对氧化膜性能的影响

目的：了解电解质和电压因素对氧化膜成分、形态和稳定性能的影响。方法：将纯钛片分别在六种不同浓度电解质中（β－磷酸甘油钠：醋酸钙＝0.01M:0.15M,0.02M:0.20M,0.03M:0.25M,0.04M:0.25M,0.05M:0.25M,0.06M:0.30M)和4种不同电压条件下（200V,250V,300V,350V）进行阳极氧化,观察表面氧化膜性能的改变。结果：随着电解质和电压的增加,钛表面氧化膜突起高度增加,孔隙,边缘逐渐不平滑,形状逐渐不规则。能谱分析表明,在形成近HA化学当量的6组电解质中,Ca/Ti比随电解质浓度的增加而增加。结论：根据HA的析出量和氧化膜的稳定性,确定β－磷酸甘油钠：醋酸钙=0.04M:0.25M为较佳电解质浓度比（Ca/Ti比为3.6);根据Ca/P比值,确定300V为最佳电解条件（Ca/P比为1．8）。     

纯钛阳极氧化及表面薄层羟基磷灰石形成技术的研究——Ⅰ.氧化膜的制备及羟基磷灰石涂层的形成

目的：初步了解制备纯钛表面阳极氧化膜和沉积HA薄涂层的技术路线。方法：商业纯钛片经抛光、除油、酸洗后,置于电解槽中进行阳极氧化,采用β－磷酸甘油钠和醋钙作为电解质,阳极化条件为直流电压200V－400V,电流密度≤50mA/cm^2,时间15分钟,阳极氧化完毕后将钛片经高温水热处理2小时（180℃－300℃）。结果：在阳极化后的钛片表达出现蜂窝状孔隙,孔径约1μm-3μm,周围为较规则的突起;X射线衍射图谱（XRD）显示钛表面有金红石和锐钛矿两种氧化钛形态,能谱分析（EDAX）表明钛表面氧化膜内含Ca、P元素;水热处理后,在钛表面出现了结晶物,XRD证明其为HA。结论：阳极氧化可以在纯钛表面形成呈蜂窝状孔隙的、含Ca、P的氧化膜,经水热处理后,在氧化膜表面沉积了HA薄涂层。     

釉基质蛋白对碱热处理纯钛表面磷灰石生成的影响

目的：研究釉基质蛋（EMPs）对碱热处理纯钛表面磷灰石涂层生成的影响。方法：采用乙酸法提取猪EMPs。纯钛片碱热处理后,在含不同浓度EMPs（0、50、100、150、200μg／mL）的模拟体液中浸泡1周、2周后取出。扫描电镜观察表面形貌,x射线衍射分析晶相结构。结果：各组试件表面均有类骨磷灰石（CHA）生成。EMPs浓度为50、100μg／mL时,钙磷涂层的沉积受到抑制;EMPs浓度为150、200μg／mL时,钙磷涂层的沉积增强,且涂层粗糙度增加,有直径约300～600nm孔隙生成,晶体呈（002）方向择优取向生长。结论：EMPs对碱热处理纯钛表面磷灰石生成的影响与浓度密切相关,较高浓度EMPs可促进钛表面生成CHA,并改变磷灰石晶体的形态与生长方向。     

钛表面经载钙微米或纳米结构修饰对成骨细胞的影响

目的 :通过水热法改善钛表面结构并加载钙离子,为提高钛种植体早期成骨能力提供实验依据。方法 :选用机械加工纯钛片作为对照组;两步法水热处理组,先通过NaOH水溶液水热处理后,以低浓度CaO水溶液水热处理;一步法水热处理组,在高浓度CaO水溶液中180℃水热处理24 h。通过SEM、XPS和测量水接触角等测试其表面性能,并通过体外实验检测其对成骨细胞活性的影响。结果:两步法水热组和一步法水热组经处理表面分别形成载钙纳米结构(nm/Ca-Ti)和载钙微米结构(μm/Ca-Ti),且nm/Ca-Ti组经水热处理后亲水性显著提高。经过水热改性后的钛片表面比对照组更有利于细胞的黏附和增殖,且细胞边缘有伪足伸出;在细胞成骨活性方面,载钙纳米结构更具优势。成骨相关基因:Runx2、骨桥蛋白(OPN)和骨钙素(OCN)的表达量显著高于载钙微米组和对照组。结论:经过水热改性形成的载钙纳米结构的钛表面有利于成骨细胞的黏附与增殖,并能有效促进其成骨分化。     

种植体表面TiO2/HA梯度涂层的生物相容性研究

目的：通过观察大鼠成骨细胞（osteoblast,OB）在微弧氧化（micro-arc oxidation,MAO）和水热处理形成的TiO2/HA梯度涂层表面的粘附和增殖等情况,评价微弧氧化陶瓷膜表面的生物相容性及微弧氧化-水热处理工艺应用于钛植入材料表面处理的可行性。方法：将纯钛试件共60枚分为微弧氧化处理组（M组）、微弧氧化-水热处理组（M-H组）和纯钛对照组。采用扫描电镜（scanning electron microscopy,SEM）观察表面形貌并用X线衍射（X-ray diffraction,XRD）对其进行成分分析。然后对不同时间点OB细胞在各组材料表面的附着、生长、增殖情况以及碱性磷酸酶（alkaline phosphatase,ALP）活性进行检测,并对实验结果进行统计分析。结果：微弧氧化处理后试件表面呈现多孔状,主要为锐钛矿型TiO2,也包含金红石型TiO2。经过后续水热处理,从扫描电镜照片可以看到试件表面析出一层白色柱形结晶体,同时XRD谱线出现了羟基磷灰石的衍射峰。试件与OB细胞共培养后可见细胞在材料周围生长良好,培养5d后,改性两组的材料表面细胞增殖比纯钛组及空白对照组明显增多。培养7d后,M组和M-H组细胞ALP活性大幅提高,各组间比较均有统计学差异。结论：MAO及水热处理后的TiO2/HA梯度涂层表面能有效提高OB细胞的早期粘附、增殖及ALP活性。     

阳极氧化TiO2纳米管的制备及其热稳定性的研究

目的:探讨使用阳极氧化制备TiO2纳米管的可行性以及热处理对TiO2纳米管的影响。方法:在0.5%HF溶液、20V电压的条件下对钛片进行阳极氧化处理1h制备TiO2纳米管,在不同温度下对TiO2纳米管进行热处理,用扫描电镜和X射线衍射仪观察热处理前后的表面形貌和物相成分。结果:钛表面形成了直径为70-100nm、管长为300nm的TiO2纳米管;300℃和450℃热处理的TiO2纳米管结构完整,600℃热处理的TiO2纳米管部分区域发生坍塌;700℃热处理的TiO2纳米管完全坍塌;300℃和450℃热处理的TiO2纳米管由无定形转变为锐钛矿,600℃热处理后TiO2纳米管转变成金红石。结论:阳极氧化法可制备出排列整齐、形貌均一的TiO2纳米管,热处理可改变TiO2纳米管的形貌和物相成分。     

阳极氧化促进钛表面生物矿化的研究

目的：用阳极氧化法在纯钛表面制备纳米二氧化钛管（TiO2nanotube）以及TiO2纳米管诱导羟基磷灰石（HA）沉积的能力。方法：用扫描电子显微镜（SEM）观察钛片在不同氧化时间和电压下,在含0．1mol／LNaH2PO4和0．1mol／LNH4F的电解液中阳极氧化后的表面形貌。经阳极氧化后的样本在SBF溶液中进行体外矿化处理,矿化后的试样用SEM、X射线衍射分析仪（XRD）观察分析羟基磷灰石（HA）的形貌和晶形。结果：在20V电压下,氧化2h,钛表面形成孔径均一、排列规整的纳米二氧化钛管;在20V电压下氧化2h的试样（实验组）与末经阳极氧化的试样（对照组）在仿生体液中浸泡7d后,实验组表面沉积的HA晶体更多。结论：阳极氧化时间、电压对钛表面的TiO2纳米管形貌及结构产生影响,TiO2纳米管可以加速诱导HA在其表面沉积。     

表面形貌及碱热处理对纯钛表面在DMEM培养液中诱导磷灰石沉积的影响

目的：检测表面形貌及碱热处理钛植入表面对钛表面在细胞培养液中诱导生成磷灰石的能力。方法：纯钛片打磨至600目，进行以下处理：(1)单纯光滑钛片；(2)钛片粗化处理，采用喷砂 酸蚀法；(3)光滑钛片 碱热处理；(4)粗化钛片 碱热处理。以上4种表面之钛片分别浸入DMEM细胞培养液中，分别于第1、2、3周取出一组钛片，扫描电镜观察表面形貌，EDX分析表面元素组成比例。对第3周时的钛片用X射线衍射仪分析表面组分。结果：第1周末时，在碱热处理形成的网孔中可见磷灰石形核形成。粗化表面 碱热处理组形核为纳米级的针状结晶物，随时间增长，形核逐渐长大成密集球状物，进而形成由球状体组成的面状沉积体；光滑 碱热处理组表面为颗粒状形核。对经碱热处理试样的XRD分析表明，表面沉积物主要为羟基磷灰石。结论：在细胞培养液中浸泡后，经碱热处理的钛表面显示了明显的诱导磷灰石沉积能力。表面沉积物成分为羟基磷灰石，粗化 碱热处理表面沉积的磷灰石为纳米级针状结构。     

不同温度下钛表面生成的氧化物研究

钛及钛合金表面烤瓷通常在800℃以下进行[13],检测200℃～750℃范围内不同温度区段氧化的ＴＡ2和ＴＣ4试样表面生成的氧化物类型和结构,可以了解在临床烤瓷温度下,钛材表面的氧化情况,有助于认识钛材与瓷结合的机制。1.材料和方法:取退火、磨光的纯钛(ＴＡ2)和Ｔｉ6Ａｌ4Ｖ合金(ＴＣ4)板材,截成20ｍｍ×10ｍｍ×1ｍｍ的块状(18块ＴＡ2,21块ＴＣ4),喷砂处理试样表面,然后置于75%乙醇中超声清洗,吹干。两种钛材试样各分为6组,每组3个试样,分别于200℃～300℃、300℃～400℃、400℃～500℃、500℃～600℃、600℃～700℃和600℃～750℃在烤瓷炉(…     

人牙周膜成纤维细胞在微弧氧化陶瓷膜表面的生物相容性研究

目的　观察通过微弧氧化（MAO）和水热处理形成的陶瓷膜表面人牙周膜成纤维细胞（hPDLF细胞）的粘附和增殖情况,评价微弧氧化陶瓷膜表面的生物相容性及MAO工艺应用于钛植入材料表面处理的可行性。方法　纯钛试件分为3组,微弧氧化处理组（M组）、微弧氧化-水热处理组（M-H组）和纯钛对照组,每组各20枚。对不同时间点hPDLF细胞在材料表面的附着、生长、增殖情况以及ALP活性进行检测,并对实验结果进行统计分析。结果　陶瓷膜具有良好的生物相容性,培养5 d后,改性两组材料的表面细胞增殖比纯钛组及空白对照组明显增多,各组间细胞增殖情况存在统计学差异。同时培养4 d后,M组和M-H组细胞ALP活性大幅提高,各组间比较均有统计学差异。结论　MAO处理后的纯钛表面对hPDLF的生物相容性优于未处理组,增加水热处理工艺较一般MAO工艺可以更有效提高hPDLF细胞的早期粘附、增殖及ALP活性。     

四种钛种植体表面在模拟体液中诱导磷灰石沉积的研究

目的：检测四种钛植入体表面在细胞培养液中诱导生成磷灰石的能力及形貌特征。方法：直径15mm钝钛片打磨至600目，进行以下处理：（1）单纯光滑钛片；（2）钛片粗化处理，采用喷砂＋酸蚀法；（3）光滑钛片＋碱热处理；（4）粗化钛片＋碱热处理。以上四种表面之钛片分别浸入DMEM＋10％FCS细胞培养液中，分别于第6、12、18、24天取出一组钛片，扫描电镜观察表面形貌，能谱分析仪分析表面元素组成比例。对24d时钛片用X射线衍射仪分析表面组分。结果：在各时间点的光滑表面及单纯粗化表面均未见磷灰石形成，而在经碱热处理的实验组中，第6天时在碱热处理形成的网孔中可见磷灰石的形核的形成。粗化表面＋碱热处理组形核为纳米级的针状结晶物，随时间增长，形核逐渐长大成密集球状物；光滑＋碱热处理组表面为颗粒状形核。粗化表面＋碱热处理组较光滑钛片＋碱热处理组Ca、P沉积速度快，对第24天时经碱热处理试样XRD分析表明，表面沉积物主要为羟基磷灰石。结论：在含血清的细胞培养液中浸泡后，经碱热处理的钛表面显示了明显的诱导磷灰石沉积能力。表面沉积物成分为羟基磷灰石，粗化＋碱热处理表面沉积的磷灰石为纳米级针状结构且沉积速度较快。     

纯钛表面含丹参钙磷涂层的制备及表征

目的研究在粗化纯钛表面采用仿生钙磷涂层法组装丹参的可行性。方法钛片表面粗化,采用仿生钙磷涂层技术,在纯钛表面建立不同浓度含丹参涂层,通过场发射扫描电子显微镜（FSEM）、傅立叶红外光谱（FTIR）、X射线衍射仪（XRD）和元素分析仪观察涂层晶体形貌、化学结构及组成,通过细胞培养验证其生物活性。结果 FSEM证实低浓度的丹参对钙磷涂层晶体的生长影响不大,高浓度的丹参对钙磷涂层晶体的生长影响较大;XRD和FTIR表明丹参并没有破坏涂层的化学结构和组成;元素分析结果表明实验组的碳元素质量比高于对照组;与对照组相比,实验组能够明显促进碱性磷酸梅（ALP）的表达。结论采用仿生钙磷涂层法可在粗化纯钛表面成功构建含丹参涂层。     

骨髓基质细胞在钙磷涂层纯钛表面早期粘附的实验研究

目的：探讨表面经仿生法涂层纯钛片对骨髓基质细胞粘附特性的影响，方法：取三代兔骨髓基质细胞，接种于经仿生法钙磷涂层纯钛片表面和商用纯钛片表面，MTT法比较接种为0．5h,1h,2h,4h各时间点细胞在不同表面的粘附情况，并以荧光染色揭示细胞在不同钛片表面上的形态学差异。结果：荧光染色研究结果发现，2小时时粘附于涂层钛片的细胞体积更大，更不规则的多角形，多个伪足向四周伸展，而且粘附于仿生法钙磷涂层纯钛片表面的相对细胞数从1小时开始显著高于商用纯钛片表面相对细胞数，2小时点为细胞粘附的最高峰，结论：仿生法钙磷涂层能促进细胞早期粘附，是研究种植体表面改性的一种值得进一步探讨的实验室方法。     

粗化、改性种植体表面的构建及形貌分析

目的：利用喷砂、酸蚀和碱热处理技术构建粗化、改性植入人体表面并对其形貌进行分析。方法：直径15mm的TA2纯钛棒，加工成厚1mm的圆片，晶相砂纸逐渐打磨至600目。40目金刚砂喷砂、草酸酸蚀、5mol/LnaOH溶液处理24h，600℃加热，构建成粗化、改性钛表面，以SEM观察表面形貌，能谱分析表面元素组成。结果：光滑钛表面仅见规则划痕，粗化表面形成多级孔洞状结构，能谱分析表面元素为100％Ti。经碱热处理，可见钛表面在孔洞的基础上形成了大量的微网状结构，能谱分析发现大量Na^ 及O元素的存在。经体外模拟体液浸泡实验，发现经碱热处理的钛表面有大量的钙结节沉积。结论：经粗化加碱热处理的钛表面上形成了多级孔基础的网状TiO2水凝胶层，该层具有诱导钙质沉积的能力。     

不同纳米尺度钛膜表面蛋白黏附的研究

目的：比较蛋白黏附在磁控溅射法形成不同纳米尺度的钛膜是否存在差异性,从而了解经改性后的钛片材料表面与骨之间的生物活性状况。方法：按照溅射处理温度的不同,将钛片分为5组,形成了不同纳米粒径的钛膜。采用BCA（bicinchoninic acid）法蛋白浓度定量测定,计算牛血清白蛋白在不同温度处理组与对照组材料表面黏附蛋白浓度。结果：常温组与其它四组测量值之间存在显著性差异（P〈0.05）,100℃组与常温组及对照组之间差异最大,材料表面黏附白蛋白数量最多,380℃组与常温组及对照组之间差异最小。其他各组之间无显著性差异。结论：利用直流磁控溅射技术在纯钛表面形成的纳米粒度的钛膜,可以改善钛表面的性能,提高其生物相容性。     

采用仿生溶液法在纯钛表面制备羟基磷灰石涂层的研究

目的：初步了解在仿生溶液中，纯钛表面沉积羟基磷灰石涂层的技术路线。方法：商业纯钛片经抛光，喷砂，清洗，酸碱腐蚀氧化及加热等预处理后，先后置于37℃的仿生液及1．5倍仿生液中16天。结果：酸碱处理后钛片表面呈现均匀多孔的网状结构，热处理后网状结构更致密，置仿生溶液中16天后，在钛片表面呈现结晶物，X射线衍射分析证明其为羟基磷灰石。结论：预处理后可能在纯钛表面形成多孔网状结构的氧化膜，经仿生液处理后在氧化膜表面沉积了羟基磷灰石涂层。     

纯钛表面酸碱处理及生物矿化的初步研究

目的:探讨不同的酸、碱处理条件下纯钛表面生物矿化沉积磷灰石层的差异。方法:对商用纯钛分别采用磨光处理、酸处理、酸碱处理或酸碱及热处理,然后放入模拟体液(SBF)中矿化处理7天;采用SEM观察试样表面的形貌,采用XRD分析试样表面沉积层的相组成。结果:经酸碱处理后纯钛形成微粗糙表面,随着碱液浓度的升高和采用热处理,试样表面的粗糙度增加且更均匀;经碱液处理的试样矿化后其表面出现磷灰石沉积层;而未处理组未发现磷灰石沉积层;XRD图谱分析发现矿化表面沉积物为HCA,钙磷比为1.37。结论:碱液处理有利于磷灰石层的形成,而改变碱液浓度和是否采用热处理对磷灰石沉积能力有影响。     

钛金属表面不同预处理对钛瓷结合强度的影响

目的：探讨适合纯钛烤瓷的表面预处理条件(预氧化或自然氧化)。方法：64个棒盘试件随机分为8组，其中纯钛棒表面按不同预氧化温度分为：300℃、400℃、500℃、600℃四组，按不同自然氧化时间分为：5分钟、l5分钟、2小时、24小时四组，相同条件下烤瓷后用剪切实验测钛瓷结合强度。结果：500℃、600℃预氧化两组间剪切强度无统计学差异，其剪切强度明显低于其它各组。结论：500℃以上预氧化处理不适于纯钛烤瓷。     

纯钛表面纳米HA涂层的制备及生物学评价

目的采用电化学法在粗化钛片表面制备纳米HA(Nano-HA)涂层并进行生物学评价。方法钛片表面粗化,采用电化学法在粗化钛片表面沉积Nano-HA涂层。通过场发射扫描电子显微镜(FSEM)、傅立叶红外光谱(FTIR)和X射线衍射仪(XRD)观察涂层晶体形貌、化学结构及组成;通过大鼠骨髓基质干(BMSCs)细胞培养验证该涂层的生物活性。结果 FSEM证实Nano-HA沉积在粗化钛片表面,直径约70～80nm,棒状晶粒截面为规则的六变形。FTIR和XRD分析表明该涂层为HA。与对照组相比,Nano-HA能够明显促进碱性磷酸梅(ALP)和骨钙素(OC)的表达。结论采用电化学法可在粗化纯钛表面制备Nano-HA涂层,并可促进BMSCs成骨分化。     

纯钛阳极氧化伴水热处理后羟基磷灰石薄涂层种植体的实验研究

目的：了解阳极氧化伴水热处理后纯钛种植的体内成骨效应。方法：36枚纯钛种植体采用4种表面处理,随机植入12只兔股骨内,分别在术后4周、8周、16周取出带种植体骨块制作磨片,观察界面新生骨情况以及抛光、水热处理种植体术后8周的界面超微结构,行表面能谱分析。结果：术后8周,阳极氧化伴水热处理种植体表面编码骨的转化和成熟较快,至16周时界面几乎无编织骨和剥脱的羟基磷灰石碎片,种植体表面的钙,磷含量在种植后增加,抛光种植体表面钙、磷含量增加不明显。结论：纯钛经阳极氧化伴水热处理后,可以加快种植表现编织骨转化为板层骨,从而可能促进种植区的早期愈合,薄涂层特有的优越性尚待进一步研究。