骨替換生物醫用材料要求具有特殊的生理行為，即必須滿足生物功能性和生物相容性。生物功能性是指植入材料需具有優異的負荷傳遞和長期力學穩定的功能，而生物相容性則要求生物材料與人體之間相互作用產生各種復雜的生物、化學、物理反應。

　　摘 要 文章采用寬帶激光熔覆技術在TC4鈦合金上制備了含羥基磷灰石活性相的生物陶瓷復合涂層。利用晶相顯微鏡、顯微硬度計分析手段對復合涂層的組織、硬度進行 了研究，采用MG63人成骨細胞與材料共培養的方法，對梯度活性陶瓷涂層進行了細胞形態實驗。結果表明，稀土梯度生物活性陶瓷涂層界面結合良好，顯微硬度 較大，且涂層表面細胞生長旺盛、形態正常，細胞相容性更好。

　　關鍵詞 中級工程師論文范文,寬帶激光熔覆,梯度涂層,稀土氧化物Nd2O3,顯微硬度,細胞相容性

　　生物活性陶瓷骨替換材料是指能與活體軟體組織、骨組織形成化學鍵合的陶瓷材料。對于硬組織替換材料而言，這種鍵合主要是由HA在界面處的沉積而實現。目前，典型的活性陶瓷材料主要包括兩類：一是生物活性玻璃;二是磷酸鈣基生物陶瓷。

　　本文主要采用激光熔覆技術，涂層各層逐漸過渡的思想在在鈦合金上制備了含HA活性相的生物陶瓷復合涂層，并重點對活性涂層的組織結構、生物相容性進行了研究。

　　1 試驗方法

　　激光熔覆實驗采用5 kW橫流CO2激光器以及TJ-LAMP五坐標數控加工機床。羥基磷灰石Ca：P=1.67，即要求合成羥基磷灰石的CaCO3和CaHPO4・2H2O 的組成應為28%CaCO3和72%CaHPO4・2H2O。通過多次實驗優化的工藝參數為掃描速度V=160 mm/min，輸出功率P=2.3 kW，光斑尺寸D=12 mm×1 mm。

　　表1 生物陶瓷梯度涂層成分設計

　　層次 第一梯度層 第二梯度層 第三梯度層

　　M 30 70 100

　　T 70 30 0

　　利用OLYMPUS PMG-3型OM金相顯微鏡觀察涂層的顯微組織特征，用FM7600半自動顯微硬度計測試涂層的顯微硬度，以及通過熒光染色法考察了涂層的生物相容性。

　　2 試驗結果及分析

　　2.1 稀土梯度活性復合涂層的顯微組織

　　圖1 涂層中未加入稀土氧化物Nd2O3顯微組織

　　由圖1可見，梯度復合涂層主要由基材、合金化層組成，幾乎看不到陶瓷涂層的出現;且從圖中還可看出層與層之間雜質多、結合性較差，界面末形成致 密的合金體。由圖2可知，涂層中加入稀土氧化物的顯微組織主要有基材、合金化層和生物陶瓷層三層，層間界面結合良好，幾乎無夾渣、裂紋缺陷，這種結果表明 基材與梯度活性涂層間實現了良好的化學鍵結合，且在基材與生物醫用陶瓷層間存在一層致密的合金化層，當涂層植入人體后可以阻止基材中的金屬離子滲入人體。

　　圖2 涂層中加入稀土氧化物Nd2O3顯微組織

　　2.2 細胞增殖分析

　　由圖3可見，MG63細胞在材料表面均呈現出梭形狀，處于正常生活狀態，說明材料對細胞均沒有表現出毒性。由圖還可知，加入稀土氧化物 Nd2O3陶瓷活性涂層材料圖片中，染色后呈正常梭形狀的細胞數目均比TC4和復合涂層中未添加稀土氧化物Nd2O3梯度陶瓷涂層明顯偏多，由此可知，稀 土活性梯度生物陶瓷涂層材料具有良好的生物相容性和活性。

　　(a)TC4 (b)未添加Nd2O3 (c)添加Nd2O3

　　圖3 生物陶瓷涂層與成骨細胞共培養4天的細胞增殖結果200×

　　2.3 稀土梯度生物活性陶瓷涂層的顯微硬度

　　由圖4可知，加入稀土氧化物Nd2O3的生物梯度活性陶瓷涂層顯微硬度曲線由陶瓷層、合金化層和基材三個區域構成，且從合金化層至基材的顯微硬 度分布曲線呈逐步下降的趨勢，從而保證了生物陶瓷涂層與基材之間良好的冶金結合。由圖4還可知，未加入稀土氧化物Nd2O3陶瓷涂層顯微硬度明顯低于加入 0.6Wt% Nd2O3稀土氧化物時生物梯度陶瓷涂層的顯微硬度。

　　圖4 生物活性陶瓷梯度復合涂層顯微硬度曲線圖

　　3 結論

　　1)Nd2O3稀土氧化物的生物活性陶瓷梯度涂層各層之間界面結合良好，且均為良好的化學冶金結合。

　　2)加入稀土氧化物Nd2O3的生物活性梯度陶瓷表面的細胞形態正常、生長旺盛，細胞相容性良好，復合涂層對人成骨細胞無毒副作用。

　　3)Nd2O3稀土氧化物的生物活性梯度陶瓷的顯微硬度更高。

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