纯钛表面纳米化及其生物活性的研究(5)

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(GPa)数值 0.8-1.2 38-250 120-900 38-300 35-120 3.0-7.0

1.3.3 HA的生物性质

(1) 相容性

由于HA的成分与人体骨里无机质相似，使HA具有良好的相容性，在生物环境中不受到细胞的排斥作用，与骨之间的结合是很强的化学键结合。

(2) 生物降解性

有关研究表明，HA几乎不溶于水[6-7]，可是它有缓慢的降解性[8]。主要由HA 本身的物理化学性质，在人体生理环境下，晶界的变化而分解成小颗粒和生理因素等原因是HA 有生物降解性。

(3) 羟基磷灰石的诱导成骨性

HA是一个具有极强生物活性的生物陶瓷材料，当HA植入体与邻近骨和体液作用，发生钙，磷等离子交换，在HA与骨界面形成新的HA。HA中弥散出钙和磷离子，体液中钙和磷离子也向HA表面上聚集，在HA表面形成钙，磷离子层并与骨细胞中的蛋白质分子结合，这样HA与骨形成化学结合，并紧密地集合为一整体。等离子交换不断进行，引起HA表面的骨生长。

1.3.4 HA生物陶瓷的发展动向

虽然HA具有良好的生物活性，相容性但是HA比较脆，研究表明HA的力学性能不能满足生物种植体在体内的种植要求。而不锈钢，钴基合金，钛及钛合金生物种植体虽然具有良好的强度韧性和优良的加工性能，但是它们的生物相容性较差，植入人体内细胞对它起着排斥作用，诱导骨结合能力差。如果把两者的优点结合，弥补各自的缺点，就可以获得一个既然具有HA表层的良好生物活性和相容性又有基体的优异力学性能的理想植入体材料。目前HA复合生物材料还存在着重要问题是:HA与基体的界面结构和结合能力。为了解决这问题，界面结构尽量设计成一个过渡层，基体表层呈梯度结构表层。而钛经过表面改性技术的表面纳米化后，在模拟体液仿生，让HA在钛表面自然沉积出来是其中的一个重要方法。

1.4 医用纯钛的表面改性研究

医用钛/HA复合材料得到了广泛应用。为了提高钛植入体的生物活性和相容性，在钛植入体表面沉积了一层HA。为了降低弹性模量避免应力遮挡效应，改善钛植入体本身的耐磨性，抗蚀性等力学性能，同时也提高HA在钛表面的沉积速度，密度，涂层的质量和涂层与基体结合能力，我们要对钛材料进行表面改性处理。目前，改性方法也多种多样，但各种方法的本质是对钛材料表面的性质进行改变。主要方面如下：

1.4.1 纯钛表面形貌和粗糙度的修饰

主要是通过物理或化学的方法使纯钛表面的形貌和粗糙度发生改变，控制材料表面粗糙度。研究表明提高粗糙度能通过改变表面力场，表面电荷和表面能增加比表面积，表面缺陷等方式促进细胞黏附能力[9]，提高生物性能。主要方法有：

(1) 机械与微机械加工方法

通过机械加工方法在材料表面制作出数百微米级别的种植体螺纹，台阶，空洞及槽沟等。而利用微机械及微刻蚀表面加工技术使材料表面晶粒细化达到3-10μm尺度，使表面能增加，表层处原子活性提高。

(2) 等离子喷涂方法

采用直流电驱动的等离子电弧为热源，将陶瓷，合金，金属等材料加热到熔融或半熔融状态，并以高速喷向经过预处理的工件表面而形成附着牢固的表面层的方法。等离子喷涂制备速度快且条件工艺成熟但是设备昂贵不适合喷涂多孔金属表。而且两者的热膨胀系数相差大(热膨胀系数HA:13.3x10-6/K;Ti ：8.4-8.8x10-6/K 导致涂层与基体的粘结强度低于剪切强度，其长期稳定性较差涂层在体内易磨损对周围细胞易产生不良作用[10] 。