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利用微波水热技术对改性微弧氧化涂层上快速形成的羟基磷灰石晶体进行了 TEM 分析和体外、体内生物性能研究

该研究发表于 Chemical Engineering Journal（2019），使用 XH-800S 开展 生物材料表面改性、微波水热处理 研究，核心条件包括温度 200°C；时间 10分钟 / 5 min / 10 min。

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论文编号 312
应用方向 生物材料表面改性、微波水热处理、微弧氧化、羟基磷灰石涂层、骨整合、钛植入体
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核心条件 温度 200°C
论文编号
312
期刊
Chemical Engineering Journal
影响因子
8.355
中科院分区
1 区
发表年份
2019
DOI
10.1016/j.cej.2019.05.105
设备型号
XH-800S
作者单位
哈尔滨工业大学；哈尔滨工业大学 先进陶瓷研究所/材料科学与工程学院；哈尔滨工业大学 先进结构功能一体化材料与绿色制造技术重点实验室；哈尔滨工业大学 分析与测试中心；哈尔滨理工大学 机械工程学院
Harbin Institute of Technology; Institute for Advanced Ceramics, Department of Materials Science and Engineering, Harbin Institute of Technology, Harbin 150001, China; Key Laboratory of Advanced Structural-Functional Integration Materials & Green Manufacturing Technology, Harbin Institute of Technology, Harbin 150001, China; Center of Analysis and Measurement, Harbin Institute of Technology, Harbin 150001, China; Department of Mechanical Engineering, School of Architecture and Civil Engineering, Harbin University of Science and Technology, Harbin 150001, China
研究方向
生物材料表面改性 微波水热处理 微弧氧化 羟基磷灰石涂层 骨整合 钛植入体

事实快照

  • 论文：利用微波水热技术对改性微弧氧化涂层上快速形成的羟基磷灰石晶体进行了 TEM 分析和体外、体内生物性能研究
  • 设备：XH-800S
  • 期刊与分区：Chemical Engineering Journal，中科院 1 区
  • 核心条件：温度 200°C；时间 10分钟 / 5 min / 10 min
  • 用途：可作为 生物材料表面改性、微波水热处理 的论文证据页。

研究摘要

论文摘要指出，通过微弧氧化（MAO）和微波水热（MH）处理，在钛表面快速制备了具有均匀丰富羟基磷灰石（HA）柱状晶体向外生长的生物活性涂层。MAO涂层由少量TiO₂纳米晶和大量含Ca、P、Si、Ti和O的非晶相组成。MH处理时间对MAO涂层的表面形貌、元素浓度和相组成有显著影响。MH处理10 min后，大量HA柱状晶体快速形成于MAO涂层最外层表面；而长时间MH处理（60 min）导致HA柱状晶体溶解，并在外层生成大量Na₀.₂₃TiO₂纳米片。与Ti和MAO涂层相比，MH处理后的MAO涂层表现出更好的细胞粘附和增殖能力，以及更高的骨形态发生蛋白2、骨唾液蛋白、骨桥蛋白和碱性磷酸酶基因表达水平。这种改善可能归因于表面大量HA柱状晶体的形成。植入16周后，MH处理10 min的MAO涂层具有最佳的骨整合能力，包括良好的骨-植入物接触界面、界面软组织少、新生骨形成多以及与骨的界面结合强度高。因此，MAO和MH处理的混合技术可被视为快速有效的表面改性技术，在生化领域具有广阔的应用前景。

研究背景与解决的问题

论文摘要指出，通过微弧氧化（MAO）和微波水热（MH）处理，在钛表面快速制备了具有均匀丰富羟基磷灰石（HA）柱状晶体向外生长的生物活性涂层。

设备应用与实验条件

项目参数
温度200°C
时间10分钟 / 5 min / 10 min

机制/方法亮点

  • 微波水热快速反应机理：微波场作为热源，通过微波加热在反应釜内创造高温高压环境，水溶液处于临界状态，反应物物理化学性质显著改变，反应活性大幅提升。MAO涂层中的非晶态Ca、P化合物在OH⁻作用下快速转化为HA柱状晶体。 HA柱状晶体形成机制：OH⁻由NaOH溶液提供，Ca²⁺和PO₄³⁻从MAO涂层内部向外迁移，在最外层表面形成HA柱状晶体并向外生长。适当处理时间（10 min）可形成丰富HA晶体
  • 过长处理时间（60 min）导致HA溶解，同时TiO₂与NaOH反应生成Na₀.₂₃TiO₂纳米片。 生物活性提升机理：
  • HA是骨的主要无机成分，具有优异的骨传导性和骨诱导性，促进成骨细胞粘附、分泌分化因子，为钙化提供晶核
  • Na₀.₂₃TiO₂/TiO₂异质结形成内建电场，可能通过电信号促进成骨
  • 微/纳双尺度多孔表面形貌有利于细胞早期粘附

应用价值

  • 快速高效：微波水热处理仅需10 min即可在MAO涂层表面形成丰富HA柱状晶体，相比传统水热法（2-24 h）大幅缩短处理时间
  • 结构清晰：首次通过TEM系统揭示了MAO涂层微波水热处理后的五层微观结构
  • 性能卓越：MAOMH10涂层在细胞响应、基因表达和体内骨整合方面均显著优于Ti和MAO涂层
  • 界面结合强：推出力测试表明MAOMH10涂层与新生骨界面结合强度最高
  • 应用前景广阔：MAO+MH联用技术为钛植入体表面快速改性提供了新途径

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常见问题

这篇论文使用了哪种设备？
本研究使用 XH-800S。
研究的核心发现是什么？
该研究发表于 Chemical Engineering Journal（2019），使用 XH-800S 开展 生物材料表面改性、微波水热处理 研究，核心条件包括温度 200°C；时间 10分钟 / 5 min / 10 min。
该研究发表在哪个期刊？
发表于 Chemical Engineering Journal，中科院 1 区。
引用信息
TEM analysis and in vitro and in vivo biological performance of the hydroxyapatite crystals rapidly formed on the modified microarc oxidation coating using microwave hydrothermal technique
Chemical Engineering Journal, 2019
DOI: 10.1016/j.cej.2019.05.105