醫(yī)用鈦合金表面改性的研究進展_圖文

1、 14 中國材料進展 第 28卷 開。 T i O 薄膜與血細胞介質(zhì)表面張力接近 , 二者接觸界 面應(yīng)力較小, 具有合適的表面能和蛋白吸附行為 , 顯示 較好的血液相容性。氧和鈦的親和性高于氧與鎳的親和 性 , 經(jīng)表面氧等離 子體浸沒注入的 N iT i合金 表面形成 均勻耐腐蝕的氧 化鈦 層 56 。經(jīng)后 續(xù)真空 回火 處理后 , 注入的氧離子可將 N i 原子壓縮至 N i T i合 金的亞表面 , 減少 N i離子在體液中腐蝕釋放 , 改善了 N i T i合金表面 耐腐蝕性和生物相容性。 M aitz 等 57 研究了氧和氦等離 子體浸沒離子注入 N i T i合金表面對纖維蛋白 質(zhì)吸

2、附及 構(gòu)形變化, 血小板 粘附及凝血 級聯(lián)反應(yīng) ( B lood C lotting Cascade 接觸活度的影響 , 指出僅氧注入可提高 N i T i合 金表面的抗凝血性。 碳 /氮化鈦化學(xué)性能穩(wěn)定且生物相容 性好, 也適于 作為矯形外科植入體涂層。采用 P III D 技術(shù)在 N iT i合金 表面注入和沉積碳 58 , 由于碳本身 及注入形成的碳化 圖 7 等離子噴涂納 米 T i O 2 層表 面納米結(jié)構(gòu)的橫 截面 TEM 形貌和衍射 ( a 及氫等離 子體浸沒離子 注入后模擬 體液浸泡 2周的 表面 SEM 形貌 ( b Fig 7 C ross sectional TEM v

3、iew s of th e as sprayed nano T i O2 coating( a and su rface SE M v iew s of th e hyd rogen P III n ano T i O 2 coating after soak in g in SBF for 2 w eek s( b 鈦化學(xué)性質(zhì)非常穩(wěn)定 , N i T i合金表面碳等離子體浸沒注 入后其表面耐腐蝕性顯著提高 , 故有害元素 N i的釋放 被有效阻止。 Berberich等 59 在保 持 T i- 6A l- 4V 合金 基體溫度低于 200 情況下進行氮等離子體浸沒離子注 入 , 由于表面

4、T i N 微晶顆粒生成 , 表面硬度稍有提高 , 但注入深度只有 50 nm, 不能滿足實際應(yīng)用需要。將 N 離子注入 N i T i合金表面可形成厚約 30 nm 的氮化鈦層 , 并顯著降低 N i離子在體液中的腐蝕溶解和釋放 厚 , 可進一步降低 N i離子的釋放量。 此外, 等離子體浸沒離子注入的轟擊效應(yīng)形成的納 米粗糙表面可影響細胞行為。 L iu 等 61 60 。經(jīng) 450 熱處理 , 未化合的 N 將與 T i反應(yīng)使氮 化鈦層增 2 5 2 金屬離子注入改性層 L iu等 66 研究純鈦表面鈣 等離子體浸沒離 子注入 / 67 沉積后指出 , 鈣離子注入可促進鈦表面類骨磷灰石的

5、成 核, 改善其生物活性。 X ie等 進一步研究發(fā)現(xiàn)鈣等離 子體浸沒注入 /沉積鈦表面模擬 體液浸泡 7 d可檢測 到 磷酸八鈣相 , 而浸泡 14 d僅能檢測到 H A 相, 這與熱力 學(xué)計算 ( 在呈電 正性表面磷 酸八鈣比 HA 更易形核 一 致。 Nayab等 68 利用不同脈沖頻 率的氮等離子體浸沒離子 注入, 在 N iT i合金 表面制得 不同納米粗糙度表面。成骨細胞培養(yǎng)顯示注入形成的納 米粗糙表面通過表面能、親水性的改變來影響細胞黏附 及分化。氬等離子體浸沒離子轟擊鈦表面的拓撲形貌可 促進成骨細胞前體細胞 ( Pre Osteob lasts C ells M C3T3 E1

6、 分化 62 指出鈣 注入鈦表面 能顯著增加 K i- 67 抗原陽 性 ( K i- 67 - Positive 細胞 及有絲 分列 細胞 數(shù), 從而顯著促進 MG63細胞分化、增殖。雖然鈣注入能提 高鈦表面的靜態(tài)耐腐蝕性, 但極化腐蝕時鈣會使改性表 面發(fā)生 ( 點蝕 69- 70 。雖然氬離子轟擊鈦表面粗 糙度增加及氧化鈦 63 層厚度變化的基因毒性比未轟擊表 面的小, 但 DNA 損 害程度卻較高 。等離子體浸沒離 子注入與等離子體 噴涂還可結(jié) 合使用 , 鈦 表面等離子 體噴涂的納米 T i O2 涂層 ( 表面晶粒尺寸小于 50 nm, 如圖 7 a 經(jīng)氫等離子體 浸沒離子注入后,

7、可在涂層表面形成 T i OH, 模擬體液 ( SBF 浸泡 2周即被類骨 磷灰石完全 覆蓋 ( 圖 7b , 而 未注氫涂層表面卻沒有發(fā)現(xiàn)類骨磷灰石形成, 說明氫等 離子體離子注入可改善涂層生 物活性 比研究 65 64 , 故鈣注入鈦表面的腐蝕性還有待 改善。鈉等離子體浸沒注入 /沉積鈦表面雖然能誘導(dǎo) 類 骨磷灰石形成, 促進骨細胞分化 , 但注入表面的乳酸脫 氫酶 ( Lactate Dehydrogenase 活性較高 , 這說 明骨細 胞 在鈉注入表面通過減小增殖率來促進分化 71 。 72 鑒于無機材料抗菌的廣譜性和安全性 , 近年也有利 用離子注入改善鈦表 面抗菌性的研究。W a

8、n 等 將銀 或銅注入鈦表面發(fā)現(xiàn), 雖然改性層的抗菌性良好 , 但注 入表面耐腐蝕性均有不同程度降低 , 可見 , 鈦表面離子 注入改性層的耐腐蝕性控制值得關(guān)注。等離子體浸沒離 子注入 /沉積技術(shù)克服了其它物理沉積方法的視線性問 。等離子噴涂 納米 T i O 2 層的 氫、氧或氨等離子體 浸沒離子注入的對 , 證實僅氫注入表面能誘導(dǎo) HA 形成, 這說明 鈦羥基是促使類骨磷灰石形核的必要條件。 第 9- 10期 曹輝亮等: 醫(yī)用鈦合金表面改性的研究進展 73 15 Lam arque C, et a l . T itan ium M od ified 題 , 適合 對 外 形復(fù) 雜 工 件

9、表面 改 性 T avares等 63 。不 過, 正 如 7 A rnou ld C, V olcke C, 所指出的那樣, 離子注入表面的生物安全 w ith Layer B y Layer S ol G el T antalum O xid e an d an O rgan o d iphosphon ic A cid : A Coatin g for H ydroxyapat ite G row th J . 2009, 3 36 : 497 - 503. 性也應(yīng)予以關(guān)注。 Journal of C ol loid and In terfa ce S cien ce , 3 結(jié) 語 8

10、 M endon G, M endon D B S, S i m es L G P, et a l . Th e E ffects of 每種工藝在材料表面生物學(xué)性能改性方面均有各自 的特點和優(yōu)勢。對鈦硬組織植入體而言 , 除了生物學(xué)性 能之外, 由于需要長期承受循環(huán)載荷 , 故鈦合金表面改 性層的力學(xué)性能也應(yīng)得到足夠重視。由于工藝簡單且易 于批量生產(chǎn), 并已在臨床上得到廣泛驗證, 等離子體噴 涂羥基磷灰石涂層仍然是鈦合金人工關(guān)節(jié)表面改性的首 選。原位表面改性技術(shù), 如陽極氧化、微弧氧化、等離 子體浸沒離子注入 /沉積技術(shù)等, 有望克服由于改性層 與鈦合金基體存在界面導(dǎo)致結(jié)合強度低的難題 ,

11、這幾種 技術(shù)所具有的全方位處理特點也使其在種植牙、螺釘、 血管支架等小且異型的工件進行表面改性時具有顯著優(yōu) 勢。此外 , 鑒于植入體表面反應(yīng)的復(fù)雜性, 單一改性層 較難滿足植入體多種生物學(xué)性能需求 , 故復(fù)合涂層的制 備越來越被人 們重視。由 于骨代謝與 多種微量 元素有 關(guān) , 且元素間存在交互作用。因此, 將多種元素引入鈦 表面有可能利用元素各自生物學(xué)性能及元素間交互效應(yīng) 賦予鈦表面優(yōu)良綜合生物學(xué)性能。 參考文獻 R ef eren ce s F iliaggi M J , D ahn J R. F ibrin ogen A dsorpt ion onto 839- 846. Su rfa

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