硅掺杂对纳米氧化钛涂层结构和性能的影响

【作者】 胡红杰； 刘宣勇； 丁传贤；

【机构】 中国科学院上海硅酸盐研究所；

【摘要】 硅是地壳中含量最多的元素,也是动物骨骼生长必需元素之一。硅不但有益于骨骼生长,还可促进造骨细胞增殖、分化与基因表达,从而在掺杂改性羟基磷灰石和磷酸钙陶瓷中得到了广泛研究。本文采用等离子体电解氧化技术,在含有硅添加剂的电解液中制备了硅掺杂的多孔纳米氧化钛涂层,通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和能量散射图谱(EDS)研究了涂层的相组成、元素含量与分布、形貌和微观结构;通过模拟体液浸泡研究了其诱导类骨磷灰石在涂层表面生成的能力;通过电感耦合等离子体原子发射光谱仪(ICP-AES)检测了涂层中钙、磷和硅离子在缓冲溶液中的释放情况;在涂层表面培养造骨细胞MG63考察了该细胞在涂层表面的粘附和增殖能力。研究结果表明:硅元素在涂层中分布均匀,并提高了涂层的致密性和界面结合;硅的引入还细化了涂层表面的纳米晶粒,获得了更加细小的纳米结构;含硅涂层在模拟体液中能够诱导类骨磷灰石在其表面沉积,表现出较好的生物活性;硅元素的引入还显著提高了MG63造骨细胞在涂层表面的粘附和增殖速率,显示出更高的细胞活力;含硅涂层表面细胞中肌动蛋白含量比不含硅涂层也有明显提高。由此可见,采用等离子体电解氧化技术,可在实现一步硅掺杂的同时细化纳米氧化钛涂层表面晶粒,从而有效提高涂层生物学性能。更多还原