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钛与人体骨骼结合的热处理方法

来源:钛棒,钛板,钛管,钛丝,钛设备,钛合金,钛材 发布时间:2016-7-4 13:47:06

植入骨盆的人工股关节表面都覆有钛壳,为了促使钛与人体骨骼更好的结合,需要在金属壳表面进行钛粉末的等离子喷镀处理。而赋予纯钛生物活性的研究已有许多,例如在空气中对纯钛进行热处理,使其表面氧化从而在模拟体液中易生成羟基磷灰石。但这种情况下得到的羟基磷灰石的形成能不太高,因此有必要再进行紫外线照射处理,以使其表面具有电荷,提高羟基磷灰石的形成能。基于这种想法,研究人员拟通过简便的氧氮化处理方法以提高纯钛的生物活性。

在严格控制氧分压的氮气中(氧分压PO=10-18~104 Pa的N2气氛)进行纯钛的热处理。例如氮气纯度为99.999 95%,其中PO仅为10 Pa,在该实验中使用氧泵使氮气中的氧分压进一步减少至10-14 Pa和10-18 Pa。另外,采用空气的时候PO=104 Pa。经过热处理的纯钛表面进行X射线衍射、XPS及Zeta电位的测定。结果表明,PO=104 Pa以及PO=10-14Pa时,表面均生成了金红石型氧化钛薄膜,但PO=10-18Pa时,还有氮化钛生成。N1s的XPS谱图表明,当PO为104Pa时结合能为400 eV,可确认其为吸附氮,而PO=10-14Pa,结合能为402eV,可确认其为间隙氮,即在氧化钛晶格间存在有氮。O1s的XPS谱图表明,与PO=104 Pa(空气中)相比,PO=10-14Pa时其结合能向低能方向移动,表明在氧化钛中存在氧空位。Zeta电位测试结果表明,PO=10-14Pa时,Zeta电位为+20 mV,而PO为104 Pa时,Zeta电位近乎为0。可见在PO=10-14 Pa条件下氧氮化处理的纯钛最表面具有带正电荷的氧空位存在,其下为带负电荷的晶格间氮。

为了研究经氧氮化处理的纯的生物活性,将其浸渍在摸模拟体液(SBF)中进行表面生成羟基磷灰石的评价。结果表明,在含极微量氧的氮气氛中处理的纯钛,其表面具有前所未有的羟基磷灰石形成能,而且这种钛在空气中保存3个月后仍然具有高的羟基磷灰石形成能。研究人员又用二次离子质谱仪(ToF-SIMS)解析了纯钛表面羟基磷灰石的形成过程。根据浸渍在SBF中钛表面钙及磷吸着量随时间的变化量得知,首先是磷离子在表面附近被吸附,然后是钙离子进入,再随着浸渍时间延长其磷和钙逐渐按化学当量值形成羟基磷灰石。由此可见,羟基磷灰石形成能提高的原因之一是纯钛经氧氮化处理后,氧化钛表面附近伴有固溶氮,表面附近就存在氧空位,表面就带正电荷。因此首先吸引了P的负离子,继而Ca正离子跟进,促进了羟基磷灰石的形成。今后还将进行细胞培养试验及动物试验,以进行骨形成能的进一步研究。

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