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

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。

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。