【學(xué)問】鈦與人體骨骼結(jié)合的熱處理方法

中國鐵合金網(wǎng)訊：植入骨盆的人工股關(guān)節(jié)表面都覆有鈦殼，為了促使鈦與人體骨骼更好的結(jié)合，需要在金屬殼表面進(jìn)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(jìn)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(jìn)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?；谶@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(yán)格控制氧分壓的氮?dú)庵?氧分壓PO=10-18～104 Pa的N2氣氛）進(jìn)行純鈦的熱處理。例如氮?dú)饧兌葹?9.999　95％，其中PO僅為10 Pa，在該實(shí)驗(yàn)中使用氧泵使氮?dú)庵械难醴謮哼M(jìn)一步減少至10-14 Pa和10-18Pa。另外，采用空氣的時候PO＝104 Pa。經(jīng)過熱處理的純鈦表面進(jìn)行X射線衍射、XPS及Zeta電位的測定。結(jié)果表明，PO＝104 Pa以及PO＝10-14Pa時，表面均生成了金紅石型氧化鈦薄膜，但PO=10-18Pa時，還有氮化鈦生成。N1s的XPS譜圖表明，當(dāng)PO為104Pa時結(jié)合能為400 eV,可確認(rèn)其為吸附氮，而PO＝10-14Pa，結(jié)合能為402eV，可確認(rèn)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＝10-14Pa時其結(jié)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(jié)果表明，PO＝10-14Pa時，Zeta電位為+20mV,而PO為104Pa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?zhàn)畋砻婢哂袔д姾傻难蹩瘴淮嬖?，其下為帶?fù)電荷的晶格間氮。

為了研究經(jīng)氧氮化處理的純鈦的生物活性，將其浸漬在摸模擬體液（ＳＢＦ）中進(jìn)行表面生成羥基磷灰石的評價。結(jié)果表明，在含極微量氧的氮?dú)夥罩刑幚淼募冣?，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(zhì)譜儀（ToF-SIMS）解析了純鈦表面羥基磷灰石的形成過程。根據(jù)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(jìn)入，再隨著浸漬時間延長其磷和鈣逐漸按化學(xué)當(dāng)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(jīng)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(fù)離子，繼而Ｃａ正離子跟進(jìn)，促進(jìn)了羥基磷灰石的形成。今后還將進(jìn)行細(xì)胞培養(yǎng)試驗(yàn)及動物試驗(yàn)，以進(jìn)行骨形成能的進(jìn)一步研究。

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