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鈦與人體骨骼結合的熱處理方法

來源:鈦棒,鈦板,鈦管,鈦絲,鈦設備,鈦合金,鈦材 發布時間:2016-7-4 13:47:06

植入骨盆的人工股關節表面都覆有鈦殼,為了促使鈦與人體骨骼更好的結合,需要在金屬殼表面進行鈦粉末的等離子噴鍍處理。而賦予純鈦生物活性的研究已有許多,例如在空氣中對純鈦進行熱處理,使其表面氧化從而在模擬體液中易生成羥基磷灰石。但這種情況下得到的羥基磷灰石的形成能不太高,因此有必要再進行紫外線照射處理,以使其表面具有電荷,提高羥基磷灰石的形成能。基于這種想法,研究人員擬通過簡便的氧氮化處理方法以提高純鈦的生物活性。

在嚴格控制氧分壓的氮氣中(氧分壓PO=10-18~104 Pa的N2氣氛)進行純鈦的熱處理。例如氮氣純度為99.999 95%,其中PO僅為10 Pa,在該實驗中使用氧泵使氮氣中的氧分壓進一步減少至10-14 Pa和10-18 Pa。另外,采用空氣的時候PO=104 Pa。經過熱處理的純鈦表面進行X射線衍射、XPS及Zeta電位的測定。結果表明,PO=104 Pa以及PO=10-14Pa時,表面均生成了金紅石型氧化鈦薄膜,但PO=10-18Pa時,還有氮化鈦生成。N1s的XPS譜圖表明,當PO為104Pa時結合能為400 eV,可確認其為吸附氮,而PO=10-14Pa,結合能為402eV,可確認其為間隙氮,即在氧化鈦晶格間存在有氮。O1s的XPS譜圖表明,與PO=104 Pa(空氣中)相比,PO=10-14Pa時其結合能向低能方向移動,表明在氧化鈦中存在氧空位。Zeta電位測試結果表明,PO=10-14Pa時,Zeta電位為+20 mV,而PO為104 Pa時,Zeta電位近乎為0。可見在PO=10-14 Pa條件下氧氮化處理的純鈦最表面具有帶正電荷的氧空位存在,其下為帶負電荷的晶格間氮。

為了研究經氧氮化處理的純的生物活性,將其浸漬在摸模擬體液(SBF)中進行表面生成羥基磷灰石的評價。結果表明,在含極微量氧的氮氣氛中處理的純鈦,其表面具有前所未有的羥基磷灰石形成能,而且這種鈦在空氣中保存3個月后仍然具有高的羥基磷灰石形成能。研究人員又用二次離子質譜儀(ToF-SIMS)解析了純鈦表面羥基磷灰石的形成過程。根據浸漬在SBF中鈦表面鈣及磷吸著量隨時間的變化量得知,首先是磷離子在表面附近被吸附,然后是鈣離子進入,再隨著浸漬時間延長其磷和鈣逐漸按化學當量值形成羥基磷灰石。由此可見,羥基磷灰石形成能提高的原因之一是純鈦經氧氮化處理后,氧化鈦表面附近伴有固溶氮,表面附近就存在氧空位,表面就帶正電荷。因此首先吸引了P的負離子,繼而Ca正離子跟進,促進了羥基磷灰石的形成。今后還將進行細胞培養試驗及動物試驗,以進行骨形成能的進一步研究。

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