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植入体表面改性技术概况论述
论文作者:童鞋论文网  论文来源:www.txlunwenw.com  发布时间:2019/4/9 10:24:58  

摘要:为了提高植入体的综合性能,目前已有多种表面技术被应用到植入体的表面改性之中,常见的方法有酸蚀处理、碱热处理、等离子喷涂等。本文将主要对植入体表面改性技术进行相关概述。

关键词:植入体表面改性技术 概况

1酸蚀处理

酸蚀处理技术是采用强酸将材料表面粗糙化的一种表面处理方法。经过酸蚀处理后的材料能够显示出更好的骨结合能力[7]。目前酸蚀技术在牙科种植体表面改性方面得到了广泛的临床应用,如瑞典Astrs Tech公司的OsseoSpeed种植牙[8]。该种植体是经过氢氟酸表面处理,具有微米级表面粗糙度,有利于增大骨-种植体之间的接触面积,并促进骨相关细胞的成骨分化,减少了愈合时间。许家顺等[9]利用硫酸和盐酸对喷砂后的钛片及钛合金进行酸蚀处理,酸蚀处理之后,喷砂钛和钛合金表面形成了小孔结构。细胞增殖实验结果表明酸蚀之后的基底表面细胞伸展状态良好,成骨细胞的伪足可以伸展至孔洞内。Salou等[10]用HCl和H2SO4对钛合金进行酸蚀处理,并进行了一系列临床实验。实验结果表明,酸蚀处理后的植入体没有引发炎症反应,同时有助于骨修复。虽然酸蚀处理可以提高植入体的骨结合能力,但是酸蚀之后的样品很容易有酸残留,难以去除,从而对细胞有一定的毒性。

2碱热处理

碱热处理是指将钛或钛合金植入体在不同浓度的NaOH溶液中在不同的温度下处理不同的时间。碱热处理之后植入体表面会钛酸钠凝胶,凝胶呈多孔网状结构,并且具有良好的生物活性[11]。对碱热处理之后的样品进行进一步水热处理之后,这层钛酸钠凝胶会转变为锐钛矿型的氧化钛,能够促进表面羟基磷灰石的沉积。王立军等[12]利用碱热处理法对医用钛合金进行了处理,实验表明,经碱热处理后的钛合金在模拟体液(SBF)中浸泡后,表面形成了一层钙磷化合物的沉积层,主要成分是羟基磷灰石(HAp)晶体。同时,碱热处理可以增大钛合金表面活化能,细胞粘附增殖实验也证明处理后的钛基底更有利于MG63细胞的粘度、增殖和分化。Su等[13]用NaOH对钛合金进行碱热处理,实验结果表明碱热处理的钛合金植入体表现出更好的生物活性。但是通过碱热处理制备的涂层较薄而且结合强度较低。

3等离子喷涂

等离子喷涂(PS)是利用等离子电弧进行的,喷嘴间产生的电弧会将工作气体电离成高温的等离子体,形成等离子焰流,然后将粉末材料加热熔融,最后高速喷射到金属基底表面而形成涂层[14]。该方法能制备较厚的涂层,且涂层厚度具有较大的调控空间,并可实现对种植体局部或整体喷涂。此外,等离子喷涂工艺较为稳定,操作简单,设备容量大,功率高,粉末飞行速度高,沉积的效率高,可实现连续生产。等离子喷涂中心火焰温度较高,可达15000 ℃[15],如此高的温度基本上可融化所有的陶瓷和金属粉体,使得等离子喷涂涂层的可选材料种类多。因等离子喷涂过程中超高的温度使粉料快速变成熔融或半熔融状态,高速射流中的熔滴与基底接触后充分延展,随之又快速冷却,形成熔融结晶态与半熔融态,等离子喷涂涂层一般具有微米级的表面粗糙度[16],此类结构被证明能够促进植入体和宿主骨的骨整合,可大大改善植入体的长期使用效果。此外,通过适当的工艺调整和粉体化学设计可制备同时具有微米和纳米结构的多级调结构涂层。该技术是目前在生物医用领域得到商业化的为数不多的表面技术之一,等离子喷涂羟基磷灰石人工关节和种植牙已经在临床上得到了广泛的应用。本研究选择等离子喷涂技术作为涂层制备方法。

虽然已经有多种表面技术能够对植入体进行表面改性,但是仍然有大约10%的植入体在植入体内10到20年内会发生早期失效[17],导致需要二次手术进行植入体更换,从而影响了成千上万的病人。导致植入体失效主要有两个原因:细菌感染和骨整合能力不足。有报道表明在所有失效的植入体中,大约有20%是细菌干扰导致,还有18%是由于骨整合能力不足导致[18,19]。而且,这些问题正变得越来越严重,所以需要针对这两个问题对植入体进行表面改性以降低植入体的失败率。对于细菌感染,制备抗菌涂层是一个有效途径;对于骨整合能力不足,需要提升植入体的骨整合能性能,使其与新骨更为牢靠的结合在一起,主要改性方法有两种:涂层表面化学组分改性和表面拓扑形貌改性。

参考文献

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[2]   LI Y, et al. New developments of ti-based alloys for biomedical applications[J]. Materials, 2014, 7(3): 1709-1800.

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[4]   ZAVERI N, et al. Corrosion resistance of pulsed laser-treated Ti-6Al-4V implant in simulated biofluids[J]. Electrochimica Acta, 2008, 53(15): 5022-5032.

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[7]   张德贵,宁成云,程海梅,等. 酸蚀处理时间对种植体表面特性的影响规律[J]. 稀有金属材料与工程,2012,S2: 123-126.

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[9]   许家顺,李志刚,张静莹. 喷砂酸蚀对Ti及Ti6Al4V表面形貌及成骨细胞的影响[J]. 暨南大学学报, 2016(1): 36-43.

[10]  SALOU L, et al. Enhanced osseointegration of titanium implants with nanostructured surfaces: An experimental study in rabbits[J]. Acta Biomaterialia, 2015, 11(1): 494-502.

[11]  王小红,曹阳,张利,等. 碱热处理对钛表面生物活性的影响[J]. 功能材料, 2013: 275-280.

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