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技术知识

生物相容性

  图 7-3(a)所示为不同处理状态Ti49.2Ni50.8合 金 的 极 化 曲 线 从 极 化 曲 线 上可 以 得 到 试 样 的 腐 蚀 电 位 、腐 蚀 电 流 和 点 蚀 电 位 (五pit),具体结果如表7-2 所示。与 CG-TiNi合金相比较,UFG-TiNi合金的腐蚀电位升高、腐蚀电流密度下降,这意味着晶粒细化提高了 TiNi合金的抗腐蚀性能。这可能是由于超细晶试样中表面晶界和晶粒内位错密度大,这些位置可以为氧化物形成提供成核位置,有利于在合金表面形成更致密的氧化膜,从而耐蚀性提高。超细晶处理后,TiNi合金的点蚀电位降低,这可能是由于表面缺陷与残余应力等因素的影响。这 与 N i e * [l7] 的研宄结果不同。他们发现,高压扭转制备的超细晶Ti49.sNi5().2合 金 在 Hank’s 溶液和人工唾液中具有比其对应粗晶合金更优异的抗点蚀能力。这可能与测试的合金及溶液成分不一致有关,更有可能与试样的表面状态有关。在超细晶纯T i的耐腐蚀性研究中,现有结果也存在不一致之处。Garbacz等n8]发 现 超 细 晶 纯 T i 在 0.9%NaCl溶液中的耐蚀性比粗晶纯Ti稍差,而 Balyanov等[|9]的研究则表明超细晶 纯 Ti的耐蚀性优于其对应的粗晶纯Ti。

  经过表面处理后,试样的腐蚀电位均高于UFG-TiNi、AE-TiNi试样的腐蚀电位最高,即所有试样中,该样品的表面钝化较好,腐蚀倾向性最低。AEAT-TiNi试样的腐蚀电流密度最大,意味着在所用试样中,一旦发生腐蚀,AEAT-TiNi试样的腐蚀速率最大。所有的表面处理均可以提高点蚀电位,其 中 AE-TiNi试样的抗点蚀能力最强。

  图 7-3(b)给出了不同处理状态的TiNi合金的电化学阻抗谱[12’16]。考虑钛合金表面氧化层可以分为致密的内层和疏松的表层 t2<)], 采用含有两个时间常数的等效电路模型对实验数据进行拟合。可见,实验数据与拟合曲线吻合良好,AE-TiNi试样表现出最大的圆弧半径。这表明,其阻抗值最大,耐腐蚀性最强;而 AEAT-TiNi 试样的圆弧半径最小,耐腐蚀性最差。这 与 图 7-3(a)结果一致。

  考 虑 TiNi合 金中 N i 离子溶出对人体的潜在危害,Zheng等[12,16]将不同处理状态 的 超 细 晶 Ti49.2Ni5(U合 金 在 37°C±0.5°C的模拟体液中浸泡2 8 天,然后采用电感稱合等离子体原子发射光谱测试了 N i 离子浓度。图 7-4所示为不同处理状态TiNi 合金的N i离子释放量[12’16】。在所有试样中,SB-TiNi试 样的 N i离子释放量最低,这可能是与喷砂过程中形成的Ti02有 关 。AE-TiNi试 样 的 N i 离子释放量虽然稍高,但 是 仍 低 于 UFG-TiNi试 样。AEAT-TiNi试 样 的 N i 离子释放量最高,因此喷砂+ 酸蚀+碱洗的表面处理工艺并不适合处理TiNi合金植入器械。

  植入器械在模拟体液中诱导磷灰石形成的能力是检验其生物活性的重要标志 。图 7-5所示为不同表面处理状态的TiNi在模拟体液中浸泡不同时间后的表面形貌[12,16]。浸 泡 3 天后,AEAT-TiNi表面形成了完整的钙磷层(图 7-5(a))。这主要是由于其表面碱处理生成的钛酸钠层。钠离子能与周围环境中的水合氢离子交换,在基体表面形成Ti-OH从而诱导磷灰石形成。而 SB-TiNi表面仅有少量的钙磷颗粒沉积(图 7-5(b),AE-TiNi表面的钙磷颗粒最少(图 7-5(c))。经 过 7 天浸泡后, SB-TiNi表面为完整的钙磷层所覆盖,这 是 因 为 喷 砂 过程形 成 的 锐 钛 矿 型 Ti02; AE-TiNi表面有大量的钙磷颗粒生成,1 4天后表面形成了完整的钠、镁替代型磷灰石层(图 7-5(e),(f))o如果以各种试样在模拟体液中形成完整的钙磷层的时间来衡量 其 生 物 活 性 ,则 各 试 样 的生物 活 性 顺 序 如 下 :AEAT-TiNi > SB-TiNi > AE-TiNi > UFG-TiNi。与 图 7-2的结果比较发现,在三组表面改性样品中,亲水性的顺序是:AEAT-TiNi > SB-TiNi > AE-TiNi,耐腐蚀性的顺序是:AEAT-TiNi < SB-TiNi < AE-TiNio这意味着亲水性较好的表面,其生物活性较高、耐腐蚀较差 。
 

  Zheng 等2’16]比较了 M G 6 3 成骨细胞在 UFG-TiNi、SB-TiNi 和 AE-TiNi 合金表面的黏附与增殖行为,如 图 7-6所 示 。选 用 CG-TiNi合金作为对照组。细胞培养 4 h 后,CG-TiNi、UFG-TiNi和 SB-TiNi表面细胞数量相当,而 AE-TiNi表面细胞相对较少;培 养 2 4 h 后,UFG-TiNi和 SB-TiNi表 面 细 胞 数 量 较 CG-TiNi和AE-TiNi高,CG-TiNi和 AE-TiNi表面的细胞数量无统计学意义差别。培 养 3 天 、 7 天 、9 天后,用 M T T 活性检 测法 检测 M G 6 3 细胞量。细 胞 培 养 3 天时,四组样品 中 SB-TiNi表面细胞量最多,而 培 养 7 天 和 9 天后,UFG-TiNi和 AE-TiNi表面细胞最多。对 未 表 面 处 理 的 CG-TiNi和 UFG-TiNi而言,UFG-TiNi显示出相对 CG-TiNi更好的细胞相容性,这与已有研究结果基本一致[17,21,22]。

  图 7-7 所示为 M G 6 3 成骨细胞在 CG-TiNi、UFG-TiNi、SB-TiNi 和 AE-TiNi 表面分别培养4 h 和 3 d后的形貌[12’16]。培 养 4 h 后,M G 6 3 细胞很好地黏附在各试样表面,除 SB-NiTi表面细胞相对较扁平、伪足较少外,其他各组细胞伪足丰富、形态健康;培 养 3 天后,各组细胞铺展良好。这可能与不同表面处理后,合金表面的润湿性、表面形貌与成分等有关。需要注意的是,SB-TiNi合金经喷砂后表面残留了一些A120 3颗粒。长时间下,A120 3颗粒有可能会溶出,从而对细胞生长产生有害影响P3]。

  综合考虑合金的耐腐蚀能力、生物活性和细胞相容性,喷砂 + 酸蚀处理不仅降低表面N i含量,而且显著增加了点蚀抗力、表层钙磷形成能力和更好的细胞相容性,是上述表面处理工艺中的最佳选择。

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