[00143979]硅灰石涂层－钛合金承载骨替换材料及制备方法

利用等离子喷涂技术制备生物涂层已经有多年的历史。从最初的生物惰性涂层（Al_2O_3、ZrO_2和Ti等涂层），到后来的生物活性涂层（HA-羟基磷灰石涂层），它们中的一些品种已经在临床获得应用。但是这些涂层的性能仍然需要提高。前者与体内骨组织很难结合，而后者与金属基体的结合强度较低，影响体内使用寿命。自从1969年Hench 及其同事发现某些玻璃能同骨骼形成化学键合，生物活性玻璃和A-W玻璃陶瓷已被广泛地应用于骨组织的修复和重建。Tadashi Kokubo 发现在模拟体液中CaO-SiO_2基玻璃表面能形成骨磷灰石层，而CaO-P_2O_5基玻璃表面并没有骨磷灰石形成。这意味着CaO和SiO_2成分是生物活性玻璃在体内与骨发生化学键合的主要原因。可是由于生物玻璃在高温下容易气化，应用等离子喷涂技术制备的此类涂层与基体之间的结合较差。而硅灰石具有高结晶度，易于喷涂成型。硅灰石由CaO和SiO_2组成，因此在体液中硅灰石也应具有生物活性，诱导骨磷灰石在其表面形成。残余应力是导致等离子喷涂涂层易从基体上剥落的主要原因之一，而涂层材料与基体材料热膨胀系数的不匹配会导致残余应力在涂层与基体的界面集中。硅灰石的热膨胀系数接近于钛及其合金的热膨胀系数，这有利于涂层与基体的结合，在Ti_6Al_4V基体上制备的硅灰石涂层的结合强度达到了近40MPa（是等离子喷涂HA涂层的2-3倍）。本成果证实，与现有的生物涂层相比，等离子喷涂硅灰石涂层将不但具有优良的生物活性，并且具有较高的结合强度。当具有硅灰石涂层的种植体被植入体内后，将较快与体内骨组织结合，减少患者手术愈合时间。然而，由于硅灰石的高活性也导致了硅灰石涂层在体液中有一定的溶解性，这将影响硅灰石涂层在体内的长期使用效果，这也是限制其应用的主要原因。我们正在采用涂层后处理和复合涂层的方法以克服硅灰石涂层易溶解的缺点，已取得初步效果。