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鈦合金棒生物相容性及結構特點

來源:鈦板,鈦棒,鈦管,鈦絲,鈦設備,鈦合金,鈦材 發布時間:2015-12-21 11:16:05
本研究在已獲專利技術基礎上,采用表面涂層技術,通過先進的激光快速成形技術與納米技術相結合,于醫用鈦合金表面激光熔覆納米鉭13,形成具有多孔納米熔覆層結構的鈦合金,實現納米熔覆層與鈦合金基體的合金化結合,并通過界面微區組織結構分析、體外細胞生物相容性研究探討新型鈦合金表面多孔納米熔覆層的組織結構及其對界面骨整合的影響,并開發具有知識產權的、高科技含量的表面多孔納米鉭涂層鈦合金骨科植入物,為進一步產業化及臨床應用奠定基礎。
 
本研究則分別檢測了兩種不同的植入物對成骨細胞增值、分化的影響。MTT細胞毒性試驗結果表明純鈦合金與納米鉭-鈦合金都能夠很好的促進細胞增殖,但納米鉭-鈦合金更為優異。隨著細胞的分化,增殖能力逐漸減弱,在成骨細胞的早期分化過程中ALP是其標志性產物。在整個細胞培養的ALP檢測過程中,普通鈦合金都未表現出顯著的促成骨細胞分化作用,而納米鉭-鈦合金上細胞的ALP活性最高,且與對照組及普通鈦合金相比都有顯著顯著性差異P<0.05)。表明通過激光熔覆技術改變鈦合金的結構設計及納米鉭金屬的合理應用可以獲到有良好骨生物活性的材料。采用激光熔覆技術可以成功實現生物金屬鉭和醫用鈦合金的冶金結合,并使其擁有良好的表面結構和體外生物相容性,為進一步研究鉭柱嵌入式鈦合金的在體界面骨整合性能提供了良好的依據,為臨床應用內固定材料的選擇提供了理論基礎。
 
鈦合金(Ti6-Al4-V因其良好的生物相容性及理化特性成為目前臨床應用最為廣泛的植入材料,但其生物活性差、缺乏骨誘導作用,與周圍組織無強有力的化學結合,不能滿足臨床骨結合強度高等要求。多孔鉭鈦(www.dtjoud.co)具有良好生物相容性及化學穩定性,其彈性模量介乎皮質骨與松質骨之間,可以促進界面骨整合,但價格高昂。界面骨整合是植入物與宿主骨之間長期穩定的骨性結合。由于鈦合金與人體骨之間不能有效的骨整合,導致臨床上出現植入物的松動、疲勞問題。為此對鈦棒及鈦合金種植材料的表面進行改進可以有效地改善其各種性能,使其具有生物活性,有望獲得生物相容性更好、骨愈合更快的理想的新型種植體。用線性精密切割機廣東省華南理工大學材料平臺提供將其切割為規格為2.0mm^5.0mm的圓片型試件以備試驗。每種試件各6個,其中新型納米鉭-鈦合金試件為I組,單純醫用鈦合金試件為H組,另設空白對照組。將相同尺寸的2種試件高壓滅菌后備用。
 
激光熔覆制備得到的鉭-鈦合金棒,鈦基體長:15mm、直徑3.5mm兩側有對稱鉭槽深:1.5mm、寬:2.5mm。基體材料為醫用鈦合金棒(Ti6-Al4-V,5.0mm^300mm)。熔覆材料選擇平均粒徑為80nm的納米級鉭金屬粉末(焦作伴侶納米材料工程有限公司),向Ta金屬粉末中添加質量分數為0.02%的TiH2粉末。激光熔覆6_9是指用不同的添加方式把預涂材料放置在基體表面,利用高能激光束輻照基體表面,熔覆粉末和基體形成一薄層,這_薄層迅速升溫、氣化和熔化并快速凝固成形,且基體對熔覆層稀釋度極低,因此熔覆層與基體冶金結合良好,從而明顯提高基體的硬度、耐磨性和抗氧化性等性能。
 
納米材料由于其結構的特殊性,具有一般材料難以獲得的優異性能,為鈦合金激光表面改性層性能的提高提供了有力的條件。本研究將納米鉭粉體與激光表面改性技術相結合,在鈦合金表面制備含有納米鉭結構的表面復合改性層,可改變鈦合金表面的力學、物理和化學性能,賦予鈦合金表面新的功能,達到材料表面改性與功能化相結合的目的。實驗結果亦顯示基本達到了本研究預期的效果,納米Ta金屬粉末和Ti合金基體之間實現了有效冶金結合,為進一步研究試樣的生物性能奠定了良好的基礎。在納米Ta-Ti合金化層中還可見到明顯的裂紋且裂紋均是從表面向內擴展并均有向基材發展的趨勢。這與激光處理是一種快速加熱和快速冷卻的過程絕對相關。裂紋是目前鈦合金表面改性的一個難點和重點。雖然本研究進行了很長時間的預實驗,但仍無法避免裂紋的產生,說明激光參數還需要進一步的調整,并且在調整時應進行綜合考慮,如將化學腐蝕等客觀因素,以確保調整行之有效。
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