飞秒激光诱导Ti合金表面仿生图案及原位胶原矿化类骨活性层的研究

通过控制入射激光的能量、脉冲宽度、脉冲数量、中心波长及偏振特性等参数，应用飞秒激光在Ti合金表面加工具有多级粗糙度利于细胞攀附生长的表面图案化结构，分析飞秒激光对材料的辐照、烧蚀过程，获得材料表面物质的去除及表面显微结构形成的机理。应用飞秒激光场产生的光学势阱、等离子体和热效应诱导溶液中的胶原/钙磷盐在具有显微图案结构的Ti合金表面原位仿生矿化，探讨胶原/钙磷盐溶液的浓度、配比、透过性、pH值及激光能量、焦点位置、脉冲宽度、偏振特性等参数，对胶原、钙磷盐矿化沉积的影响，分析飞秒激光场效应对溶液中微小颗粒的作用并寻求其对胶原/钙磷盐组装矿化过程的诱导及控制机理，制备负载仿生类骨活性层的显微图案化表面。通过体外、体内生物学实验分析合金表面图案化和类骨活性层的生物相容性和骨诱导、骨整合能力。提高Ti合金在骨修复、骨替代领域的应用水平，扩大应用范围。

种植体的表面结构及化学组分对种植体植入后与骨组织的结合存在重要影响，因而表面结构仿生及组分仿生是目前种植体表面改性研究的两个热点。本项目应用飞秒激光处理Ti种植体表面，获得了利于成骨细胞攀附、生长的图案结构，并利用飞秒激光场产生的光学势阱力诱导溶液中的胶原、钙磷盐在种植体表面矿化沉积，实现了一步表面结构及化学组分的改性，项目研究揭示了激光诱导表面显微图案化规律及仿生矿化规律，通过体外细胞实验研究了较理想的、利于成骨细胞攀附、生长的图案化及仿生矿化表面。体外细胞实验结果表明，该改性表面有利于成骨细胞的攀附、增殖，白兔体内实验结果表明，飞秒激光改性显著促进了早期骨整合的进行。研究过程中，项目组注重合作交流，参加国内外学术会议4次；相关研究成果共发表论文5篇，其中4篇被SCI检索；申请国家发明专利5项，其中3项已获得授权；已培养博士生1名，硕士生2名；获得河北省技术发明奖三等奖1项。