电化学方法制备钛基羟基磷灰石/纳米银复合涂层及其相关性质研究

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金属钛基骨修复材料有着优异的力学性能,较好的生物相容性和耐腐蚀性能,在临床应用上有着广泛的前景,但其生物活性差,不能和骨组织形成有效键合。羟基磷灰石(HA)是构成人体骨的主要无机成分,具有优异的生物相容性和生物活性,能与人体骨组织形成牢固的化学键合,是人体硬组织修复的理想材料。钛基羟基磷灰石涂层,有着优异的力学性能和生物活性,引起了人们的广泛关注。细菌感染是导致临床骨修复手术失败的一个重要原因。银是一种很强的抗菌剂,有着广泛抗菌谱,同时安全无毒,十分适合制备抗菌材料。因此,可以制备羟基磷灰石/银复合涂层,利用抗菌剂银来防止细菌的感染。然而复合涂层中银颗粒存在团聚现象。银不均匀分布仍是一个困扰复合涂层应用的重要问题。本研究中,我们利用脉冲电化学沉积法来制备羟基磷灰石/银复合涂层,实现了银颗粒在复合涂层中的均匀分布。电解液为含有银离子、钙磷离子以及左旋半胱氨酸,其中半胱氨酸做为银离子的配位剂来稳定溶液中的银离子。分别利用扫描电子显微镜,X射线衍射仪,能谱仪,拉力实验等对羟基磷灰石/银复合涂层的形貌、组成成分以及结合强度进行研究。结果表明复合涂层是由纳米针状羟基磷灰石和点状的银颗粒相互堆积组成网状结构。[Ca]=5.0 mmol/l,[PO43-]=3.0 mmol/l;pH=4.0;脉冲电位=-2V;沉积时间=2h为较优的制膜参数。利用体外成骨细胞培养和抗菌实验分别来评价复合涂层的生物相容性和抗菌效果。结果表明,在[Ag]=0.5mmol/l的电解液中制备的涂层具有很好的生物相容性,对大肠杆菌和白色葡萄球菌有着较强的抗菌能力,抗菌率在90%以上。对复合涂层进行在不同的温度下进行热处理。结果表明,700℃热处理能提高复合涂层的结合强度。高于700℃的热处理使得HA/Ag复合涂层发生了相转变,羟基磷灰石转变成了β-磷酸钙。细胞培养和抗菌实验表明,700℃热处理不影响抗菌性,提高涂层的细胞相容性。
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