BaTiO3 改性羟基磷灰石压电 - 亲水生物活性陶瓷涂层制备及骨整合性能研究

《Coatings》：Microstructure and Properties of Piezoelectric Hydrophilic Bioactive Ceramic Coatings for Biomimetic Biomineralization

　　

摘要

通过将BaTiO₃引入传统的羟基磷灰石（HA）生物活性陶瓷涂层中，研制出一种新型的HA/BaTiO₃压电-亲水性生物活性陶瓷涂层。在本研究中，制备了四种含有不同BaTiO₃含量的复合涂层（含量分别为0%、10%、20%和30%），并对其进行了研究。这些涂层能够在钛表面原位构建一个生物电微环境。这一策略实现了电刺激与生物活性陶瓷涂层的有效结合，形成了能够模拟生物矿化过程的压电-亲水性生物活性陶瓷层。实验结果表明，通过激光包覆技术，BaTiO₃颗粒可以嵌入到压电-亲水性生物活性陶瓷涂层中，使其具备机电转换功能。在该涂层表面成功产生了微区压电响应；根据最大局部压电响应值，确定最佳的BaTiO₃含量为20%，此时微区压电系数达到712.6 pm/V。此外，这种压电-亲水性生物活性陶瓷涂层表现出优异的生物活性。压电电荷与生理流体中的无机离子之间的静电相互作用促进了钙和磷盐在涂层表面的吸附，从而增强了涂层的亲水性。这有利于无机离子和水分子在材料界面的渗透，进而提高了生物活性，加快了骨骼整合过程，并促进了关节假体与宿主骨骼之间牢固的骨整合界面的形成。