等离子电解氧化与水热处理构建含羟基磷灰石二氧化钛涂层的Ti6Al4V皮质骨螺钉体内行为研究

针对钛合金骨科植入物生物惰性导致的骨整合延迟问题，研究人员通过等离子电解氧化(PEO)结合水热处理(HT)在Ti6Al4V螺钉表面构建含Ca-P和羟基磷灰石(HA)的TiO2 活性涂层。动物实验表明，18周植入后HA涂层组展现出最优异的骨形成、二次骨化及扭矩移除值，为骨科植入物表面改性提供了创新方案。

　　

在骨科和牙科手术中，钛合金Ti6Al4V因其优异的机械性能和耐腐蚀性成为主流植入材料。然而其表面天然形成的二氧化钛(TiO₂
)层虽能提高生物相容性，却无法与骨组织形成直接化学键合，这种"生物惰性"导致临床中常见植入体松动、愈合周期延长等问题。尤其对于承担力学负荷的皮质骨螺钉，如何通过表面改性加速骨整合(osseointegration)成为关键挑战。

传统羟基磷灰石(hydroxyapatite, HA)等离子喷涂技术存在涂层结合力弱、相纯度难控等缺陷。为此，研究人员创新性地采用等离子电解氧化(plasma electrolytic oxidation, PEO)与水热处理(hydrothermal treatment, HT)的协同工艺：先在含钙磷(Ca-P)电解液中通过PEO形成多孔TiO₂
基底，再经HT转化生成HA活性层。这种复合涂层既保留钛合金的力学优势，又通过HA的仿生特性(Ca₁₀
(PO₄
)₆
(OH)₂
的缓释作用)促进骨沉积。

研究选用4×15mm的Ti6Al4V皮质骨螺钉，分为未处理组(GC)、PEO组(GO)和PEO+HT组(GH)。通过新西兰白兔股骨植入模型，分别在7周和18周后采用显微CT、扭矩移除测试和组织学分析进行评价。关键发现包括：

表面形貌表征
X射线衍射证实PEO处理形成以锐钛矿(anatase)为主的多孔TiO₂
层，其晶格结构更利于HA成核。HT处理后HA特征峰(JCPDS 00-001-1008)显著增强，且Ca/P比接近天然骨组织的1.67。

生物力学性能
扭矩测试显示18周时GH组的移除扭矩值比GC组提高217%，甚至7周GH组数据已接近18周GO组。这表明HA涂层能大幅缩短达到等效骨整合所需时间，对临床早期负重具有重要意义。

组织学分析
GH组在18周时表现出：①新生骨小梁密度增加41%；②旧骨区域占比最低(仅12.3%)；③二次骨化中心数量最多。这些证据共同说明HA涂层通过调控Ca²⁺
和PO₄
^3-
的缓释，创造了利于成骨细胞分化的微环境。

该研究首次系统评估了PEO-HT协同改性Ti6Al4V螺钉的体内性能，其创新点在于：

1. 通过HT精准调控HA结晶度，解决传统涂层溶解失控的问题；
2. 证实多孔anatase-TiO₂
   基底对HA生长的促进作用；
3. 建立"涂层特性-生物力学-组织响应"的完整评价体系。

这项发表于《Journal of Alloys and Compounds》的工作，为开发新一代生物活性骨固定器件提供了重要理论依据和工艺参考。特别是对需要早期功能恢复的骨科病例，这种能同步满足机械强度和生物活性的表面改性策略，展现出显著的临床转化潜力。