【摘 要】
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人体自然骨组织主要是由钙磷盐、胶原及一些微量元素等组成的有序微纳米多级结构复合体。从仿生角度出发将钙磷盐修饰于金属植入物表面可提高其生物活性,使之能与植入部位的骨组织形成良好的整合。将一些微量元素掺入钙磷盐膜层中,也有助于制备多功能的钙磷盐膜层。在所有的制备方法中,电化学沉积方法因具有高度可控性而受到研究者的重视。采用温和的电化学沉积方法可以制备具有高度有序纳微米多级结构的钙磷盐涂层,且涂层具有高
【基金项目】
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国家自然科学基金; 国家科技部重点专项计划
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人体自然骨组织主要是由钙磷盐、胶原及一些微量元素等组成的有序微纳米多级结构复合体。从仿生角度出发将钙磷盐修饰于金属植入物表面可提高其生物活性,使之能与植入部位的骨组织形成良好的整合。将一些微量元素掺入钙磷盐膜层中,也有助于制备多功能的钙磷盐膜层。在所有的制备方法中,电化学沉积方法因具有高度可控性而受到研究者的重视。采用温和的电化学沉积方法可以制备具有高度有序纳微米多级结构的钙磷盐涂层,且涂层具有高生物活性。然而目前,关于钙磷盐高活性的详细机制尚不完全清楚。因此深入探索钙磷盐材料的理化性质及其生物性能之间的相关性具有重要意义。本论文主要研究内容有:利用电化学沉积方法在钛基底表面构筑具有一定渐进性变化理化性能的钙磷盐膜层,探究膜层结构及组分等性能对其生物性能的影响;制备二价离子掺杂的钙磷盐膜层,探究其性能随掺杂的变化;发展原位拉曼光谱技术监测钙磷盐膜层/生物环境的相互作用。主要研究结果如下:（1）SEM、XRD、FTIR及Raman等物理化学表征结果显示,控制不同温度条件下制备的（40-CaP、55-CaP、70-CaP和OCP）钙磷盐涂层在形貌、钙磷摩尔比、晶体结构、结晶度以及化学组成等方面具有渐进性变化规律。模拟体液实验表明膜层在浸泡过程中可在表面生成B型取代的类骨磷灰石。细胞实验表明,钙磷盐膜层的拓扑结构是影响MC3T3-E1细胞形态和增殖的主要因素;在增殖相当的情况下,高结晶度更有利于MC3T3-E1细胞分化。涂层对MG-63和MEF也具有一定的调控作用,细胞在涂层表面的增殖能力呈现40-CaP>55-CaP>70-CaP>OCP的变化趋势,这一趋势主要与材料拓扑结构直接相关。（2）利用电化学沉积方法将钙磷盐和锶离子同时沉积在钛基底表面。系统考察了不同锶离子浓度掺杂磷酸八钙复合膜层的物理化学性质和生物学性能。通过XRD、FTIR及Raman的表征可确定锶离子成功可控的掺入OCP晶格内。模拟体液浸泡实验表明锶离子掺杂的OCP可有效向类骨磷灰石转变。体外细胞实验说明当锶离子掺入量（Sr/（Sr+Ca））为1%时更有利于细胞在其表面分化。（3）采用显微拉曼光谱技术对40-CaP、55-CaP和70-CaP涂层在模拟体液中向类骨磷灰石转化的过程进行了原位检测。初步确定使用显微拉曼光谱原位监测钙磷盐膜层/MC3T3-E1细胞表界面相互作用过程的测试条件包括镜头、液体环境等。采用拉曼光谱检测钙磷盐膜层在培养基环境下的变化,发现FBS的存在可降低培养基中涂层的溶解速率及减少碳酸根进入钙磷盐晶格的量。
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