生物医用材料研究与人的健康密切相关, 可促进经济发展和社会进步。骨植入材料是生物医用材料的重要组成部分, 大约占生物材料产品市场的五分之一。随着社会老龄化进程的加速, 以及交通、自然灾害等导致的骨伤事故增多, 对骨植入材料的需求日益增加。
钛及其合金、钴铬钼合金和不锈钢是临床上常用的金属骨植入材料。第二次世界大战前后, 人们即采用金属材料进行关节置换 。 1963 年英国Charnley 医生采用金属和高分子材料相结合的方式开展全髋关节置换术。临床使用的金属材料不具生物活性, 与骨组织结合需要改善。对金属植入体进行表面改性, 是改善其生物学性能的可行途径。热喷涂技术是常用的表面改性手段之一, 其制备的物医用涂层主要有金属氧化物涂层(Al2O3、ZrO2、 TiO2 等)、生物玻璃涂层、多孔钛(Ti)涂层、生物活性羟基磷灰石(HA)涂层等。钛和羟基磷灰石涂层已广泛应用于临床实践。近年来, 硅酸钙类生物陶瓷涂层的研究亦受到人们的重视。
对骨植入体进行表面粗化, 可以增强其与骨组织间的物理固定。简单的方法是表面喷砂处理。经喷砂处理后的钛植入体与骨组织的结合强度要明显高于纯机械加工的植入体。为了改进生物固定效果, 植入体表面需要构建多孔结构。利用球状钛颗粒或钛丝涂布在金属基体表面, 经真空烧结可获得三维连通的多孔结构。烧结生成的微孔直径为100~300 μm, 空隙率可达 40%~55%。制备多孔钛涂层的常用方法还有热喷涂, 特别是等离子体喷涂。钛或其合金粉末经高温等离子体熔融后喷涂到金属基体表面, 即形成钛涂层。采用真空等离子体喷涂(VPS)方法制备的钛涂层已获临床应用。但钛涂层不具生物活性, 在体内难以与骨组织直接产生化学键合, 早期固定效果较差。对钛涂层进行活化改性,可赋予其生物活性。
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