纯钛粗化表面仿生沉积性能研究表面改性研究
生物医用纯钛因其良好的生物安全性和机械性能被广泛应用在骨科和口腔临床等。但是，纯钛作为直接植入体还存在表面惰性，与骨间结合力差等问题。本文拟对其采取表面改性处理，继而进行仿生法沉积羟基磷灰石（HA）生物活性材料，给予其表面生物活性，提高表面骨整合能力。首先对钛片采用打磨、抛光对其表面粗化处理。通过酸处理、碱处理、热处理以及预钙化等进行表面活化，再将活化后的钛片放入仿生沉积羟基磷灰石处理。SEM分析显示钛合金表面沉积了涂层，涂层呈球状。红外光谱检测发现明显的羟基磷灰石特征峰，证明纯钛表面沉积的涂层是羟基磷灰石涂层。接触角测量仪测定出经过仿生沉积羟基磷灰石的纯钛表面亲水性有所提高。血小板粘附实验分析出仿生沉积羟基磷灰石的纯钛表面生物相容性更佳。
关键词  纯钛，表面活化，仿生法，羟基磷灰石
1  引言...1
1.1  生物医用纯钛研究背景意义1
1.2  发展概况2
1.3  生物材料表面改性3
1.4  羟基磷灰石特征和应用....3
1.5选题目的及研究意义...6
2  实验...7
2.1  实验试剂7
2.2  实验仪器8
2.3  实验方法9
2.4  样品表征..11
3  结果.13
3.1  扫描电子显微镜（SEM）分析..13
3.2  傅里叶红外光谱(FTIR)分析...14
3.3  接触角测量仪分析..15
3.4  生物相容性检测..16
4  讨论.17
结论.....19
致谢...20
参考文献...21

1  引言
1．1  生物医用纯钛研究背景意义
生物医用金属植入植入体内时，应该具备优良的生物相容性，良好的耐腐蚀性能，低弹性模量、高强度、耐磨性好、韧性好等。钴基合金、不锈钢和纯钛就是目前经常使用的医学金属生物材料。但现有医用金属材料会有如下的缺点[1]：在我们的人体生理环境之中不锈钢会产生一些晶间腐蚀、点蚀腐蚀以及腐蚀疲劳和应力腐蚀的现象，长期植入不锈钢也会导致弹性模量和密度比于人体的硬组织差距大、力学相容性较差稳定性不佳；因为它本身就是属于生物惰性，所以难以同生物体组织之间形成较为牢固的结合。溶出来的钴、镍等离子导致的皮肤过敏还有毒性反应是钴基合金的主要的问题。同时它也可能产生体内植入件松动和组织坏死的后果。纯钛材料凭借其优良力学性能（比如良好的抗疲劳性能、高机械强度、生物相容性和加工性能）在临床医学当中获得较广泛应用。总体来说，钛系医用合金由于同样地存在生物惰性以及耐磨性不理想等方面的问题。界面、生物相容性、力学相容性、毒性、生物活性以及腐蚀等问题的存在仍然是医用金属材料在当前临床使用过程中的阻碍。最终想要解决这些问题的关键，就在于采取多学科合作。此类问题主要涉猎材料科学与工程、生物学和医学等领域。而难以全部突破材料本身的属性限制，是钴基合金以及钛合金的发展障碍。反观纯钛材料，其能成为最具有应用前途的医用材料可以归功于它能够尽可能地满足要求。当前，纯钛材料已经被较为广泛地生产成为骨内硬组织材料，比如替代各种的关节。综上所述，纯钛的表面改性，还有增加生物活性现已成为了生物医学金属领域内的研究热点。
1.1.1  纯钛的性能特征
纯钛是坚牢又银亮以及轻盈的同它名字般布满英雄气概的一类金属。从化学层面上来说，面对鼎鼎大名的能吞噬黄金、白银甚至于腐蚀不锈钢的“王水”这样一种强腐蚀剂，纯钛的高稳定性、耐腐蚀性令它底气十足。因此纯钛材料就成为了优先选择的金属医用材料，其在材料替换以及硬组织的修复中已经慢慢地去得了占据主导的地位，被广泛地用在了人在关节以及医疗器械的制作当中。
钛的价格便宜，在地球的蕴藏当中排名第九，宜被广泛地推广应用。此外，钛的密度较小（4.5g/cm3），比较靠近人体的骨骼。882℃下，纯钛轴比c/a=1.587，是密排六方结构，比882℃时候的体心立方架构高。增添合金元素后，钛的性能在较大的范围发生变化。
1.1.2  纯钛的生物相容性
种植材料因其要植入到生物的体内，所以在临床医疗上对它要求严格。它不但要满足具备种植体的功效，在同时还不能损坏在种植体周围生理环境。钛的良好的稳定性以及耐腐蚀性归功于钛表面拥有的一层十分致密稳定的氧化膜。又由于它在同人体的长期接触中并不会影响本质，从而不会导致人过敏。钛是仅有的对人体的味觉以及植物神经不会产生任何负面作用的金属。因此工作人员把钛叫为“亲生物金属”。钛在人体内无毒而且可以抵抗住分泌物的侵蚀，也对任何的杀菌办法都顺应。这也是钛能被广泛应用在人造关节和制作医疗器械的原因。钛骨在新生的肌肉纤维环绕这些“钛骨”的时候就开始了维持人体正常的活动。同时钛较为广泛地分布在人体当中。一个正常人的体内其含量大约在每70kg的体重不多出15mg。当下仍没搞清它的作用。从生物学上来说，钛属于中性，从毒理学来说钛是亲和的，其在人体内引起轻微的组织反应，并不对形成的骨细胞附着以及生长和代谢有影响。作为种植体的纯钛还能刺激细胞被吞噬，与周围的组织不发生反应或是反映轻微，还能增强人体免疫力，以上都已经被证实了。生物医用纯钛延伸率在10~20%，拉伸强度在500~1000Mpa，相比于其他的金属这些性能使它更加接近了人体骨骼。所以钛具备优秀的生物相容性，是适宜当作人体的种植材料的。
1.2  发展概况
一直到现在，骨组织工程始终都专注于生物体的骨组织修复以及再生。我们广泛采用了钛材是因为它的优秀的力学性能[2]。可是当直接把钛材植入到人体内时，却通常出现一些问题，比如材料和骨之间的连接并不是很紧密，细胞的成长与分化太慢，并会产生细胞坏死以及凋亡的问题。导致移植失败的主要原因在于材料同骨形成界面的不稳定[3]。研究结果表明[4]：提高植入体的生物学性能和耐磨性的有效途径就是对钛金属表面进行适当的涂层处理。所以对钛材的金属表面使用涂层处理就成为了研究的一个热点。通过涂层处理，可以使得其表面更具生物活性，可以和骨形成键合，增进干细胞的增值与分化。通过对牙齿的相关研究，Uchida[5]等人得到了启发，即展开模拟生态仿生处理，覆盖一层羟基磷灰石的涂层在钛材金属表面上。研究结果显示它拥有十分出色的细胞黏附的能力，有着优良的生物相容性。Liu[6]等人也通过仿生法得到羟基磷灰石复合物的多孔支架，使用这类的种植材料能够有效地免除单纯地使用胶原而产生的病菌感染，同时价格比较低廉。通过研究显示，这类的材料优点有生物兼容性良好以及表面积大等，同时也一样可以增进成骨细胞分化。虽然Liu制备出来生物相容性较好和细胞外基质较好的材料，体现了当作移植材料的良好潜质，但是也有其本身的局限比如机械强度不理想。
当下，生物材料领域里钛材的表面工程研究成了一个热点，各类的材料表面改性办法已经发展了起来。能够构成明胶和壳聚糖交替排位的在钛表面的多层的涂层通过layer-by-layer自组装技术，然后进行表征。得出其具备更佳的生物相容性和更好的细胞-细胞以及细胞-基质界面的互相作用。研究证实[7]，其稳定性的提高得益于钛材的表面存在蛋白质或是生物活性多肽，还能提升骨组织同基底的结合。把拥有胶原的基底浸泡在模拟体液浸泡14天或是在5倍的浓度的SBF下浸泡一天是常规的磷灰石/胶原复合物的制作。可仍然有巨大的挑战在涂层厚度上一级化学均匀性上。虽然说多种研究[8]采取了各异的混合和制备办法，可是问题依旧得不到解决。比较起胶原来，当作胶原降解产物的明胶来源较多，有稳定均一的结构，没有免疫原性，同时又能被基体全部吸收。此外明胶有利于细胞的生长以及粘附是因为其存在大量氨基酸链。
1.3  生物材料表面改性
对人体器官和组织的修补、代换和加固是医用生物材料的最主要目的。倘若直接植入生物材料会在人体中呈现出各种问题，现在面临的主要问题就是植入材料怎么样去提高生物相容性，在组织和植入物之间怎么增强结合能力，提升它的抗蚀性能。想要加强材料本身的生物相容性，首先得清楚在组织和材料的界面会有相互作用力，那么进行表面改性对生物材料即能够显著地控制生物材料的多类性能。
生物材料所谓的表面改性能使用某类技术手段，从而令材料表面本身的性能产生了变化或者是改变其表面特征。进一步地期待得到的一些别样的性能[9]，表面改性并不会使得加工操作和材料的整部组成发生变化，它获得生物相容性是在给到某些特别的功效或者是完善材料相关性能。
1.4  羟基磷灰石特性和运用
在二十世纪，无机生物最主要的是无机医用材料。其应用相当广泛，作为飞速发展的生物材料领域，羟基磷灰石自然而然地成为了最受追捧的和关注的活性材料其中之一。羟基磷灰石作为人体的牙齿和骨骼，其质量分数占到骨骼总量的百分之六十五，而在牙齿中质量分数约在百分之九十五。[10, 11]
1.4.1  羟基磷灰石组成和性质

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