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化学法
对钛及钛合金表面进行化学改性使其具 有生物活性， 在模拟体液中浸泡或在动物 体内骨位置种植均能形成表面类骨磷灰石 层， 所以化学法也称为生物仿生方法或生 物矿化法。
方法：
溶胶- 凝胶法、碱热处理法、酸碱两步 化学法、双氧水处理法、表面诱导矿化法
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电泳沉积法
以HA或其它磷酸盐粉末为原料，在电场作用 下， 磷酸盐颗粒沉积在钛基体上。对电化学结晶 沉积法和电泳沉积法， 都需加热焙烧等后处理来 提高涂层与基体的界面结合强度。用这种方法涂 层的基体植入动物体内后， 在短期内就可以形成 骨直接接触， 而在有涂层和无涂层的植入体中纤 维的数量相似。 电泳法在形状复杂的表面或多孔表面难以得到 均匀涂层， 需要预先制得 HA原料。 其涂层与基 体的结合强度也不高， 要满足植入要求， 还需进 一步改进。
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特点
优点：
生产效率高、涂层均匀、涂层与基体间结合 强度较高、 重复性好以及适合工业化生产
缺点：
需要复杂的设备，成本相对较高，对工艺参 数的调控要求也很严格；而且涂层成分和结构与 自然骨中HA不一致， 不能在复杂形状表面获得均 匀涂层。
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碱热处理法 方法：
将钛或钛合金置入60℃的 NaOH 溶液 中 24H，再以5℃/min 升温至600℃保温1H 进行热处理。然后在 36.5℃的SBF 中浸泡， 在钛或钛合金表面形成类骨磷灰石 。不经 过热处理的样品在SBF 中也形成表面磷灰石 层，但经热处理后形成的表面层与基体的 结合更紧密 。
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特点
优点：
比较简单，易于操作
缺点：
涂层性能对溶胶成分、ph 值、 温度等 条件较为敏感。此外， 涂层与基体结合强 度不高。
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等离子喷涂法
方法： 利用两直流电极之间产生的电弧使通过电极间 的气体电离而形成热等离子体， 温度可3X104K， 将粉末材料送入等离子焰中加热熔融， 并高速喷 射到金属基体上快速凝固而形成涂层。在钛及钛 合金基体上制得的等离子喷涂涂层主要由无定型 相、颗粒内层的再结晶相和原结晶相组成，主要 成分包括HA、氧磷灰石、磷酸三钙等。
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电化学法
电化学方法中， 电化学结晶和电泳沉积是在 钛基体上沉积磷酸钙涂层， 阳极氧化法是在钛基 体上制备含HA的复合膜，其生物活性是由外加的 活性涂层所反映出来的. 方法： 电化学结晶沉积法、电泳沉积法、 阳极氧化法
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电化学结晶沉积法
以含Ca，P元素的溶液溶液作电解液， 以钛或钛合金作为阴极进行电解。在电解 过程中， 阴极区域析出 H2，使局部ph 值升 高，从而使磷酸钙在阴极表面沉积，形成 涂层。再经125℃水热处理后， 转变成HA。 以钙盐、磷酸盐为电解质进行阴极电化 学结晶时，容易获得均匀涂层。但阴极沉 积磷酸盐涂层与基体结合强度通常较低， 难以满足植入要求。
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结束语
虽然金属钛及其合金是人体硬组织替换中应 用最为广泛的金属，但它们依然是生物惰性的， 不能与人体自然骨产生骨性结合。 现在已有多种 表面生物活化方法被用以改善钛及其合金的表面 性能， 使其具有表面生物活性。这些方法包括物 理法、 化学法和电化学法 3大类。 各种方法均有 其优缺点。 与物理法相比，化学法具有设备和操 作简单、易形成均匀涂层、并易使涂层具有各种 功效、 涂层结构和成分也与自然骨相似等优点， 因此认为化学法是目前和将来研究的热点方法。 对化学法， 还需要进一步提高效率， 提高涂层与 基体之间的结合强度， 并对其长期植入效果及其 活化机理进行深入研究。
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其它物理法
• 用离子束溅射在钛表面制得的磷灰石涂层 均为非晶态相， 与电流强度无关。经热处 理可以转变为较完全的晶态。 随电流强度 增大， 涂层层与层之间、 涂层与基体之间 的结合强度均增大。 • 用磁控溅射可在钛上制备晶体HA 和无定型 HA 涂层 。 • 用激光法可在Ti6Al4V合金上沉积纯HA晶体 或非晶态涂层。
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浸涂法
方法：
用含Ca，P元素的溶液混合制备羟基磷 灰石（HA）溶胶， 将钛或钛合金在溶胶中 浸涂， 制得 HA 涂层。涂层厚度随浸涂次数 和溶胶中HA含量的增加而增加。 用这种方 法所制得的涂层与基体之间结合力很弱。 涂层中的HA 晶体在动物体内易被吸收，能 使新骨很快生成， 可以用于初期成骨。
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为什么？
钛及钛合金表面有一层致密的二氧化钛钝化 层，在植入人体后， 不能诱导磷酸盐沉积。 钛 及钛合金与骨组织往往形成骨整合， 而不能形成 骨性结合。钛及钛合金的表面生物活化就是要使 金属经过处理后， 能够在生理环境下诱使磷灰石 层沉积在金属表面， 从而与骨组织实现直接化学 键合。 这样可以使种植体在具有较高机械强度的 同时具有表面生物活性。
• 物理法 • 化学法 • 电化学法
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物理法
通过涂覆磷酸盐涂层或注入Ca 等元素在 钛表面引入生物活性涂层，制备活性涂层/ 钛复合材料。在生理条件下， 钛与骨组织 间经过所涂覆的涂层或其他磷酸盐等形成 骨性结合。
方法：浸涂法、等离子喷涂法、其 他（火焰喷涂法、 射频溅射法、 激光法）
钛和钛合金生物活化 单击此处编辑母版标题样式
刘正宁 金材1092
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目
录
• 简介 • 多种生物活化方法 • 结束语
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生物医用材料
定义：
指用于对生物体进行诊断、治疗、 修复或替换其病损组织、器官或增进其功能 的新型高技术材料。
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溶胶- 凝胶法
方法：
通过在钛及钛合金表面涂覆钛凝胶而使其具 有生物活性 。将溶有蒸馏水的酒精加入钛酸酯并 强烈搅拌，用硝酸酸化防止TiO2沉淀，得到前驱 体。硝酸钙/ 磷酸酯溶液混合并加入前驱体中，酒 精挥发后得到涂覆混合物溶液。基体在涂覆溶液 中浸提，溶液涂覆在基体表面。高温处理得到结 晶表面膜。 其厚度可由浸提速度和次数及不同粘 度的前驱体来控制。 热处理后， 将其浸入SBF中， 表面有磷灰石沉积。
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表面诱导矿化法
模拟生物体内含阴离子的大分子促进无 机矿物相成核的过程。在基体表面引入离 子基团， 形成能从水溶液中诱导异相成核 的表面模板，再进行诱导矿化。 在钛和钛合金表面制得SAM 可通过以下 程序实现：清洗—羟基化—质子化—硅烷化， 得SAM 膜， 再经端基功能化+磺化、羟基化、 磷酯化、氨化等, 得到表面模板， 选择适当 的过饱和Ca-P溶液， 进行诱导矿化。
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钛的生物活化
定义：
是指毒物在有机体内积累，经过转化， 形成更高浓度的有害物质的现象。
两种手段：
1.在钛表面涂覆生物活性涂层（如磷酸 盐）
2.通过表面改性使原钝化态氧化膜转化为活 性 氧化膜或其他活性膜 (如钛酸盐)
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生物活化方法
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酸碱两步化学法
1. 将钛或钛合金在等量的 18%H2SO4和 48%HCl 混 合溶液中浸蚀 30min ;
2 .在140℃的0.2N NaOH溶液中煮沸 5H。然 后再浸入过饱和磷酸钙溶液中，短时间内 可在钛表面形成较厚的磷酸钙层。 在过饱 和磷酸钙溶液处理之前，可以进行预钙化： 将两步处理后的钛或钛合金置入0.5N Na2HPO4 溶液中过一夜，再在饱和Ca(OH)2 溶液中浸泡5h.
分类：
生物医学金属材料、生物医学高分子 材料、生物医学无机非金属材料或生物陶瓷、 生物医学复合材料、生物医学衍生材料
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常用的医学生物材料
医用硅橡胶
人 工 骨
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钛及钛合金
优点： 钛有优良的机械性能、无毒、质轻、强 度高且具有优良的生物相容性。 用途： 用于制造植入人体内的医疗器件、假体 或人工器官和辅助治疗设备的钛合金。广 泛用于各种人工关节人工骨、骨固定器件、 义齿、齿科嵌、固定桥等。
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双氧水处理法
在双氧水中混合不同的氯化物，将钛片 在混合溶液中处理 24h后，浸入 SBF后， 发 现只有 H2O2+SnCl2 和 H2O2+TaCl2 处理的有 磷灰石沉积。 对 H2O2+TaCl2 处理的样品进 行热处理， 再浸入SBF 也形成磷灰石沉积。 经 300℃热处理后，可以消除干扰磷灰石成 核的表面过氧化物。
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阳极氧化法
用含少量水的 NaNO3甲醇溶液作为电解液，以钛或钛 合金作为阳极进行阳极氧化，可在表面制得锐钛矿型的表 面层， 与甲醇反应生成钛酸甲酯。由于水的存在，钛酸甲 酯迅速水解，形成无定型 TiO2，类似于溶胶 -凝胶法制得 的钛凝胶。而用 β—甘油磷酸钠和醋酸钙作电解液进行阳 极氧化，可以制得非晶态的含Ca，P的阳极氧化二氧化钛 表面层。表面层与基体结合强度较高。经水热处理时，转 变成晶态HA。试验表明，阳极氧化法处理过的植入体的骨 相容性好，结合强度和骨沉积量都明显高于未处理的钛。 利用阳极氧化法可以得到活性TiO2涂层， 也可以 得到含Ca，P 的TiO2涂层。