HAP/Mg复合材料制备、表面改性及其生物降解与诱导成骨机理研究

采用自制的熔体加粉气体机械联合搅拌装置，制备一种与人体骨骼生物和力学相容的可降解HAP/镁合金生物友好复合材料，研究其显微组织结构、HAP颗粒大小及体积分数对材料腐蚀降解速率和力学性能的影响。优化前期研究的镁合金表面转化膜制备技术，在复合材料表面分别制备HAP转化膜和单宁酸有机转化膜(TBC)，研究膜层的形核生长机理，建立材料成分、界面结构、膜层组织及润湿性与仿生环境下腐蚀降解速率的对应关系，进一步降低材料的腐蚀速率，使其满足人体骨骼生长恢复周期要求，氢气释放量小于人体可接受水平。对复合材料及其上的HAP膜和TBC膜在动物体内外进行细胞毒性、溶血性、急性毒性、腐蚀降解速率、骨响应程度及机理等对比研究，探明其在体内的变化过程及其对宿主的影响，研究其吸收与代谢机理。复合材料和膜层不含有毒元素，具有良好的生物相容性、力学相容性和成骨诱导性。为镁合金复合材料在生物医学领域的应用提供理论和实践基础。

为了提高镁合金的耐腐蚀性能，先通过化学转化膜技术在镁合金表面制备磷酸二氢钙涂层，然后通过碱煮的方式将该涂层转化为具有生物活性的羟基磷灰石涂层。不同的浸泡时间，ph值温度等因素对磷酸二氢钙涂层的影响以及不同碱煮时间对最终涂层的影响都进行了研究。在3.5%的NaCl溶液和生物模拟体液中分别进行了电化学和浸泡实验，结果表明这两种涂层能够有效提高镁合金基体的耐腐蚀性能。体外细胞实验证明涂层具有较好的生物活性而且没有表现出细胞毒性。采用粉末冶金方法制备了生物可降解的纯镁基体和不同百分含量的羟基磷灰石颗粒增强镁基复合材料。通过压缩试验和电化学测试对复合材料的机械性能和耐腐蚀性能进行了研究。结果表明，复合材料的压缩屈服强度明显高于纯镁基体，并且随着羟基磷灰石含量的增加而提高；电化学测试结果表明，复合材料在生物模拟体液中的腐蚀电位与纯镁基体相比明显提高。