磁电化学法制备碳/碳复合材料定向羟基磷灰石/胶原复合涂层的基础研究

批准号:
51072107
项目类别:
面上项目
资助金额:
37.0 万元
负责人:
赵雪妮
依托单位:
学科分类:
E0210.无机非金属类生物材料
结题年份:
2013
批准年份:
2010
项目状态:
已结题
项目参与者:
张德信、曾珊琪、张磊磊、李翠艳、杨平林、曹盛、郭敏杰、张慧
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中文摘要
碳/碳复合材料是一种具有潜力的骨修复和替代生物材料,但其为生物惰性材料,表面疏水,直接植入后在界面处会因摩擦产生一些碳碎片。为了使碳/碳复合材料具有生物活性并减少碳碎片,需对其进行表面改性,制备生物涂层。本项目拟采用超声辅助阳极氧化处理碳/碳复合材料,在其表面接枝官能团后,磁电化学法制备定向羟基磷灰石(HA)/胶原(COL)复合涂层,可有效地改善涂层与基体的界面结合,并使碳/碳复合材料具有优良的生物活性。项目将系统深入地研究阳极氧化处理后的碳/碳复合材料与HA/COL复合涂层的界面结合机制;仿生定向HA/COL复合涂层的形成和生长机理,磁场在定向复合涂层形成过程中的作用机制和沉积动力学;揭示定向HA/COL复合涂层体外、动物体内降解规律和骨组织响应特性。该研究不仅为开发具有仿生定向HA/COL复合涂层的碳/碳复合材料和高力学性能的定向HA/COL复合材料奠定科学基础,亦为临床应用奠定基础。
英文摘要
碳/碳复合材料是一种具有潜力的骨修复和替代生物材料,但其为生物惰性材料,表面疏水,直接植入后在界面处会因摩擦产生一些碳碎片。为了使碳/碳复合材料具有生物活性并减少碳碎片,需对其进行表面改性,制备生物涂层。本项目采用超声辅助阳极氧化处理碳/碳复合材料,在其表面接枝官能团后,磁电化学法制备定向复合涂层,研究复合涂层的生物响应特性。主要研究内容和结果如下:.对碳/碳复合材料进行了阳极氧化处理和超声辅助阳极氧化处理。结果发现处理后的碳/碳复合材料表面润湿角比未处理时明显降低,表面能明显增加,在其表面接枝了含磷、含氧官能团。.在碳/碳复合材料表面电沉积制备了三维网络结构的钙磷/胶原(CaP/COL)复合涂层,涂层中的钙磷颗粒均匀沉积在胶原表面。研究了胶原浓度、电解液钙和磷浓度、钙/磷摩尔比、电流密度和电解液初始pH值等对电沉积复合涂层的影响。采用Ca(OH)2溶液处理得到不同形貌纳米针状、片状HA/COL涂层。在此基础上,在强磁场中,采用电沉积技术在碳/碳复合材料表面制备了一定定向结构的CaP/COL或HA/COL复合涂层,研究磁场大小及方向、电解液浓度、沉积电流、沉积时间等参数对HA/COL复合涂层的影响。研究表明,低(Ca/P)e比的电解液中易于沉积片状CaP/COL复合涂层,反之则易于沉积球形CaP/COL复合涂层;确定形成定向CaP/COL复合涂层的工艺条件,获得碳/碳复合材料CaP/COL复合涂层的沉积机理。同时在强磁场中采用Ca(OH)2溶液处理CaP/COL复合涂层,制备了纳米片状OCP/COL涂层。.研究了碳/碳复合材料CaP、OCP/COL和HA/COL、磁场中制备定向复合涂层在人体模拟体液中的行为、涂层表面成骨细胞、动物体内骨组织响应特性。研究表明,含胶原的涂层,特别是在强磁电沉积制备的定向复合涂层具有更好的生物活性,更有利于细胞的粘附与增殖。在培养后期(2周),OCP/COL、HA/COL、定向复合涂层表面MC3T3-E1细胞的碱性磷酸酶活性明显提高。说明定向复合涂层可以显著提高碳/碳复合材料的生物活性和生物相容性。
期刊论文列表
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Electrochemically assisted co-deposition of calcium phosphate/collagen coatings on carbon/carbon composites
碳/碳复合材料上电化学辅助共沉积磷酸钙/胶原涂层
DOI:10.1016/j.apsusc.2010.11.088
发表时间:2011-02
期刊:Applied Surface Science
影响因子:6.7
作者:Zhao, Xueni;Hu, Tao;Li, Hejun;Chen, Mengdi;Cao, Sheng;Zhang, Leilei;Hou, Xianghui
通讯作者:Hou, Xianghui
DOI:10.1179/1753555712y.0000000026
发表时间:2012-11
期刊:Materials Technology
影响因子:3.1
作者:Xueni Zhao;Hejun Li;Kezhi Li;Jinhua Lu;Leilei Zhang;Sheng Cao
通讯作者:Sheng Cao
Strong-bonding calcium phosphate coatings on carbon/carbon composites by ultrasound-assisted anodic oxidation treatment and electrochemical deposition
通过超声辅助阳极氧化处理和电化学沉积在碳/碳复合材料上形成强结合磷酸钙涂层
DOI:10.1016/j.apsusc.2012.01.144
发表时间:2012-04
期刊:Applied Surface Science
影响因子:6.7
作者:Lu, Jinhua;Li, Hejun;Chen, Mengdi;Li, Kezhi;Wang, Bin;Xu, Zhanwei;Cao, Sheng;Zhang, Leilei;Deng, Hailiang
通讯作者:Deng, Hailiang
MG63 osteoblast-Like Cells Growth Behaviour on Carbon/Carbon Composites with Different Carbon Matrixes
MG63成骨细胞样细胞在不同碳基质的碳/碳复合材料上的生长行为
DOI:--
发表时间:--
期刊:Chinese Journal of Mechanical Engineering (english Edition)
影响因子:--
作者:张磊磊;李贺军;李克智;赵雪妮;吴恒;曹盛
通讯作者:曹盛
DOI:10.1002/sia.3764
发表时间:2012-01
期刊:Surface and Interface Analysis
影响因子:1.7
作者:Xueni Zhao;Hejun Li;Mengdi Chen;Kezhi Li;Jinhua Lu;Leilei Zhang;S. Cao
通讯作者:Xueni Zhao;Hejun Li;Mengdi Chen;Kezhi Li;Jinhua Lu;Leilei Zhang;S. Cao
CF表面梯度烧结保护-纳米HA涂层的构筑及其实现增强HA人工骨材料的基础研究
- 批准号:51772179
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:59.0万元
- 批准年份:2017
- 负责人:赵雪妮
- 依托单位:
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