珍珠粉结构与电泳沉积珍珠粉生物涂层的研究

浙江大学

硕士学位论文

姓名：周海方

申请学位级别：硕士

专业：材料学

指导教师：王小祥

20060201

浙江大学硕士学位论文摘要

摘要

珍珠质是由片状文石（碳酸钙）与有机质层状交叠的一种生物矿物，并具有成骨活性与生物相容性。本文中对珍珠粉的结构，钛基体上电泳沉积珍珠粉生物活性涂层等进行了研究。

文中首先研究了片状珍珠粉的制各工艺，分析了贝壳珍珠层与珍珠粉的结构。利用ＮａＣｌ０的强氧化作用，破坏珍珠质层片间的有机质，在超声波振荡作用下，使得大颗粒珍珠粉分离从而得到片状的珍珠粉。利用ｘ射线衍射法对贝壳的珍珠层以及不同颗粒度的珍珠粉进行了分析。珍珠层以及粗珍珠粉完全由文石组成。在贝壳珍珠层中有明显的（００２）晶面择优取向。商业细珍珠粉以及超细珍珠粉是由文石与少量的方解石组成。

其次，研究了在钛基体上电泳法制备珍珠粉生物涂层的工艺。利用无水乙醇作为溶剂，比较了冰乙酸、氯化钙这两种添加剂对悬浮液以及沉积过程的影响。在两种悬浮液中，调节沉积电压、沉积时间等参数均可以在钛板以及钛螺钉上得到均匀的珍珠粉涂层。涂层的质量随着外加电压、沉积时间的增加而增加。同时随着沉积时间的增加，电流在持续减小。其中，ＣａＣｈ作为添加剂的悬浮液具有更高的稳定性，涂层沉积速度更快、更均匀；而冰乙酸作为添加剂的悬浮液可以得到结合力更高的涂层。ＸＲＤ、ＦＴＩＲ分析表明，对于两种添加剂，电泳沉积过程都没有改变珍珠粉的晶体结构，其中的有机成分也得到了较好的保存。通过理论分析以及进一步实验表明：添加ＣａＣｈ后，珍珠粉颗粒吸附了ｃａ２＋，其‘电势升高，使涂层沉积更快、更均匀；添加冰乙酸后，部分有机质溶出，并与珍珠粉颗粒共沉积，有机质起到桥接粘连作用，使涂层具有较高的结合力。

关键词：珍珠质；文石ｔ钛：电泳沉积；生物活性涂层；结合力

浙江大学硕士学位论文摘要

Ａｂｓｔｒａｃｔ

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第一章绪

１．１前言论

生物医用材料（ＢｉｏｍｅｄｉｃａｌＭａｔｅｒｉａｌｓ），是指对生物体进行诊断、治疗、置换，修复损坏的组织、器官或者增进其功能的天然或者人造材料。生物材料按照材料组成，可以分为生物高分子材料、医用金属材料、生物陶瓷材料和生物复合材料。按照在生体环境中的生物化学作用可分为生物惰性材料、生物活性材料、生物降解材料以及可吸收生物材料【ｌＪ。

余属具有较高的力学性能，是首选的硬组织修复和替换材料。常见的医用金属材料有不锈钢、钴基合金、钛合金。而钛合会具有更高的比强度、耐腐蚀性能，同时具有更好的生物相容性。因此，钛合金在临床应用上『Ｆ在逐步取代钴基合金和不锈钢∞Ｊ。

钛表面里惰性，植入后不能与新生骨快速、牢固地结合，通常采用羟基磷灰石（Ｃａｌｏ（Ｐ０４）６（ＯＨ）２，ＨＡ）来改善其生物活性１４１。钛合金表面涂覆ＨＡ后，在人体中可以更好更快地与骨整合。在钛基体上涂覆ＨＡ涂层的方法已有很多种，如等离子喷涂、溶胶一凝胶，仿生法等。

珍珠质是由文石（碳酸钙的一种晶型）与有机质（由几丁质及蛋白等组成，总质量含量低于５％）层状交叠的一种生物矿物【５】。文石层是由一些假多边型的文石片（大小一般为２－５ＬＩｍ，厚约Ｏ．２～Ｏ．７ｐ．ｍ）组成，文石片的晶体取向具有一定的特征。单个文石片中也含有少量的有机质，可能存在更精细的结构。珍珠质具有特殊的分级层片状结构，是一种天然的无机有机复合材料，使得其具有优秀的力学性能（韧性是天然文石的３０００倍）。

珍珠质中含有的有机质，使得其具有非常优秀的生物活性。Ａｔｌａｎ与Ｌｏｐｅｚ等将珍珠质粉末与骨质缺损病人的血液混合后，注射到缺损处。６个月后，成骨细胞被激发，缺损处生成了新的健康骨【６】。ＬｉａｏＨ等将珍珠质与合成ＨＡ植入动物进行对比，结果表明珍珠质具有更高的生物活性和降解性［６】。无论是体外细胞培养，还是动物实验，珍珠质均表现出极高的生物活性，并具有促进骨细胞生长的功效。珍珠质具有诸多生物学功效，是一种潜在的改善植入材料生物活性的涂

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层。珍珠质中的有机成分在超过２００度时将会分解，其中的无机成分在４００度以上时也将会发生晶型转变‘＂。因此任何产生高温的涂层制各方法都不适用与制备珍珠质涂层。

电泳沉积法（Ｅｌｅｃｔｒｃ－ｐｈｏｒｅｔｉｃＤｅｐｏｆｉｔｉｏｎ，ＥＰＤ）是通过电场作用，促使悬浮液中带电粒子在电极上沉积的一种涂层制备方法。这种方法不需要经过高温，可以有效地保留其中的有机成分。同时，电泳沉积所需设备简单，对工件的形状没有严格的要求。其沉积速度以及涂层的厚度等，可以通过调节沉积电压以及沉积

时间来控制【８】。

珍珠质具有优秀的生物相容ｉ生及成骨活性。同时电泳沉积法可以有效地保留