胡釜

摘要：鈦合金制作涂層的目的在于提高其在生物體內(nèi)的生物兼容性以及生物生物誘導(dǎo)性。羥基磷灰石涂層是目前應(yīng)用最為成熟的鈦合金生物性涂層，制備羥基磷灰石的方法有很多種，每種方法制備的涂層有其各自的特性。

關(guān)鍵詞：醫(yī)用鈦合金；表面處理；羥基磷灰石；研究進(jìn)展

引言

在生物醫(yī)學(xué)中鈦合金主要用于骨的替代和修復(fù)，其表面涂層或者說(shuō)表面改性能改善鈦合金的穩(wěn)定性、生物相容性與生物誘導(dǎo)性。[1、2]

鈦合金金屬材料是一種生物惰性材料，雖然生物相容性沒(méi)有問(wèn)題，但是并不具有生物誘導(dǎo)性，沒(méi)有表面處理的情況下，新生骨與其表面會(huì)有炎癥反應(yīng)。Hulshoff[3]等人指出，在植入人體的鈦表面會(huì)出現(xiàn)組織纖維化。要使其與骨連接的時(shí)間長(zhǎng)達(dá)6個(gè)月。

羥基磷灰石（HA）[Ca10（PO4）6（OH）2]的成分和結(jié)構(gòu)都和天然骨的無(wú)機(jī)成分類似。用不同方法合成的羥基磷灰石其組分和結(jié)構(gòu)還可以調(diào)節(jié)到不同的狀態(tài)，使得羥基磷灰石作為植入物時(shí)，其表面與新生骨結(jié)合很好。羥基磷灰石（HA）、氟磷灰石（FA）、磷酸三鈣（β-TCP）等，都屬于這一類材料。

1.等離子噴涂法

等離子噴涂法是將羥基磷灰石高溫熔化為等離子體，將此等離子體加速噴射到鈦合金材料上。

實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在6OO℃ ～800℃溫度范圍內(nèi)進(jìn)行熱處理后，HA涂層表面裂紋或邊緣處出現(xiàn)近納米尺寸顆粒，是涂層中非晶結(jié)晶后的HA晶體.[4]

此方法應(yīng)用較早，存在的問(wèn)題主要是羥基磷灰石與鈦的結(jié)合主要靠物理方式，并且由于在噴射中溫度梯度造成的應(yīng)力殘余[5、6]，造成羥基磷灰石與鈦的結(jié)合不夠強(qiáng)。

2.仿生溶液制備HA

所謂仿生溶液法，就是將鈦合金放入模擬體液中，鈦合金在模擬體液中像自然界中的羥基磷灰石形成一樣，在鈦合金表面形成羥基磷灰石涂層。

Lenka Jon等人[7]研究得到：先進(jìn)行堿溶液的處理，再放入模擬體液中，鈦合金的涂層為含有碳酸根的羥基磷灰石。并且涂層在20天的浸泡后并不均勻。如果將鈦合金先進(jìn)行酸蝕，再進(jìn)行堿液處理，之后放入模擬體液中能得到均勻的羥基磷灰石。

也可以用微弧氧化的方法先對(duì)鈦合金進(jìn)行處理，再放入到模擬體液中。比如Won-Hoon Song[8]等人就是這樣做的。他們?cè)?和1.5倍濃度的模擬體液中都進(jìn)行了浸泡，獲得了羥基磷灰石涂層。

研究者[9]發(fā)現(xiàn)：一些基團(tuán)具有沉積過(guò)程的誘導(dǎo)作用，比如-PO4H2，-COOH，-CONH2，-OH 和-NH2。

3.溶膠凝膠（Sol-gel）法

溶膠凝膠法在制備涂層方面是一種比較成熟的方法，比如在電子工業(yè)中制備半導(dǎo)體薄膜等。所以研究者也把這種方法用于在鈦合金基體上制備羥基磷灰石。用這種方法的優(yōu)點(diǎn)在于，可以在制備涂層的時(shí)候加入一些其他的元素，并且能夠有效的控制各種元素的含量。比如翁文劍等[10]用乙醇體系加入含氟元素的組分，獲得了含有氟的羥基磷灰石。含有氟的羥基磷灰石在溶解度，熱膨脹系數(shù)方面都具有更小的特性，但是生物活性降低。Kim[11]等做了類似的工作，所不同的是他們采用的乙醇體系的組分有所不同。

溶膠凝膠法雖然具有涂層組分可調(diào)節(jié)的優(yōu)點(diǎn)，但是這種方法不適合于各種不同的鈦合金表面形狀。并且涂層的結(jié)合力也還不夠強(qiáng)。

4.其他方法制備HA

除了以上提及的方法，制備羥基磷灰石的方法還有化學(xué)氣相沉積、電子束沉積[12]、離子束濺射沉積[13]、脈沖激光沉積[14]等等。這些方法都有其各自的缺點(diǎn)，有些制備工藝復(fù)雜，有些結(jié)合力還不夠好。

5.結(jié)論

羥基磷灰石作為一種無(wú)機(jī)物，具有很好的生物兼容性，但卻不具有生物誘導(dǎo)性。為了提高其生物誘導(dǎo)性，研究者開(kāi)發(fā)了多種制備方法以制備復(fù)合的涂層和其他涂層，但這些涂層的穩(wěn)定性還沒(méi)有得到確認(rèn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]張玉梅；郭天文；李佐臣.鈦及鈦合金在口腔科應(yīng)用的研究方向.[j]生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)雜志.2000（02）.

[2]劉敬肖；揚(yáng)大智；王強(qiáng)偉.表面改性在生物醫(yī)用材料研究中的應(yīng)用.[j]-材料研究學(xué)報(bào).2000（03）.

[3]Hulshoff G；K Von Dijk.Evaluation of plasma-spray and magnetron-sputter Ca-P-coated implants：An in vivo experiment using rabbits [J] Journal of Biomedical Materials Research，Vol.31，329-337（1996）

[4]呂宇鵬，李士同，朱瑞富等.等離子噴涂羥基磷灰石涂層的晶化及其結(jié)構(gòu)特征.[J]無(wú)機(jī)化學(xué)學(xué)報(bào).2002，8：844-848

[5]陳艷霞，翟雪松.界面形貌對(duì)涂層殘余應(yīng)力影響的數(shù)值模擬.[J]太原科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2012，33（2）：137-140.

[6]Gasik M，Keski—Honkola A，Bilotsky Y，et a1.Development and optimisation of hydroxyapatite b-TCP functionally gradated biomaterial.[J] J Mech Behav Biomed Mater，2014，30：266-273.

[7]Lenka Jon，F(xiàn)rank A.Muller，Jakub Strnad etc，Biomimetic apatite formation on chemically treated titanium.Biomaterials 25（2004）1187-l194.

[8]Won-Hoon Song，Youn-Ki Jun，Yong Han，Seong-Hyeon Hong etc.Biomimetic apatite coatings on micro-arc oxidized titania.Biomaterials 25（20O4）334l-3349.

[9]Qing Liu，Jiang Ding，F(xiàn)rancis K.Mante etc，The role of surface functional groups in calcium phosphate nucleation on titanium foil：a self-assembled monolayer technique.[J] Biomaterials.23（2002）3103—3l11.

[10]趙朝霞，翁文劍，曲海波.[J]材料科學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2005，23（2）：226

[11]Kim H W，Kong Y M，Bae C.[J]Biomater，2004，25：2919

[12]Leea E J，et al.[J] Biomaterials，2005，26：3843

[13]Chen T S，Lacefield W R.[J] Mater Res，1994，9：1284

[14]Ferroa D，Barinov S M.[J] Biomaterials，2005，6：805