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一區(qū)論文應(yīng)用案例 · 前沿專題型

利用微波水熱技術(shù)對改性微弧氧化涂層上快速形成的羥基磷灰石晶體進行了 TEM 分析和體外、體內(nèi)生物性能研究

該研究發(fā)表于 Chemical Engineering Journal（2019），使用 XH-800S 開展 生物材料表面改性、微波水熱處理 研究，核心條件包括溫度 200°C；時間 10分鐘 / 5 min / 10 min。

論文編號 312
應(yīng)用方向 生物材料表面改性、微波水熱處理、微弧氧化、羥基磷灰石涂層、骨整合、鈦植入體
關(guān)鍵結(jié)果 見正文關(guān)鍵結(jié)果
核心條件 溫度 200°C
論文編號
312
期刊
Chemical Engineering Journal
影響因子
8.355
中科院分區(qū)
1 區(qū)
發(fā)表年份
2019
設(shè)備型號
XH-800S
作者單位
哈爾濱工業(yè)大學(xué)；哈爾濱工業(yè)大學(xué) 先進陶瓷研究所/材料科學(xué)與工程學(xué)院；哈爾濱工業(yè)大學(xué) 先進結(jié)構(gòu)功能一體化材料與綠色制造技術(shù)重點實驗室；哈爾濱工業(yè)大學(xué) 分析與測試中心；哈爾濱理工大學(xué) 機械工程學(xué)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 微波水熱處理 微弧氧化 羥基磷灰石涂層 骨整合 鈦植入體

事實快照

  • 論文：利用微波水熱技術(shù)對改性微弧氧化涂層上快速形成的羥基磷灰石晶體進行了 TEM 分析和體外、體內(nèi)生物性能研究
  • 設(shè)備：XH-800S
  • 期刊與分區(qū)：Chemical Engineering Journal，中科院 1 區(qū)
  • 核心條件：溫度 200°C；時間 10分鐘 / 5 min / 10 min
  • 用途：可作為 生物材料表面改性、微波水熱處理 的論文證據(jù)頁。

研究摘要

論文摘要指出，通過微弧氧化（MAO）和微波水熱（MH）處理，在鈦表面快速制備了具有均勻豐富羥基磷灰石（HA）柱狀晶體向外生長的生物活性涂層。MAO涂層由少量TiO?納米晶和大量含Ca、P、Si、Ti和O的非晶相組成。MH處理時間對MAO涂層的表面形貌、元素濃度和相組成有顯著影響。MH處理10 min后，大量HA柱狀晶體快速形成于MAO涂層最外層表面；而長時間MH處理（60 min）導(dǎo)致HA柱狀晶體溶解，并在外層生成大量Na?.??TiO?納米片。與Ti和MAO涂層相比，MH處理后的MAO涂層表現(xiàn)出更好的細胞粘附和增殖能力，以及更高的骨形態(tài)發(fā)生蛋白2、骨唾液蛋白、骨橋蛋白和堿性磷酸酶基因表達水平。這種改善可能歸因于表面大量HA柱狀晶體的形成。植入16周后，MH處理10 min的MAO涂層具有最佳的骨整合能力，包括良好的骨-植入物接觸界面、界面軟組織少、新生骨形成多以及與骨的界面結(jié)合強度高。因此，MAO和MH處理的混合技術(shù)可被視為快速有效的表面改性技術(shù)，在生化領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

研究背景與解決的問題

論文摘要指出，通過微弧氧化（MAO）和微波水熱（MH）處理，在鈦表面快速制備了具有均勻豐富羥基磷灰石（HA）柱狀晶體向外生長的生物活性涂層。

設(shè)備應(yīng)用與實驗條件

項目參數(shù)
溫度200°C
時間10分鐘 / 5 min / 10 min

機制/方法亮點

  • 微波水熱快速反應(yīng)機理：微波場作為熱源，通過微波加熱在反應(yīng)釜內(nèi)創(chuàng)造高溫高壓環(huán)境，水溶液處于臨界狀態(tài)，反應(yīng)物物理化學(xué)性質(zhì)顯著改變，反應(yīng)活性大幅提升。MAO涂層中的非晶態(tài)Ca、P化合物在OH?作用下快速轉(zhuǎn)化為HA柱狀晶體。 HA柱狀晶體形成機制：OH?由NaOH溶液提供，Ca2?和PO?3?從MAO涂層內(nèi)部向外遷移，在最外層表面形成HA柱狀晶體并向外生長。適當(dāng)處理時間（10 min）可形成豐富HA晶體
  • 過長處理時間（60 min）導(dǎo)致HA溶解，同時TiO?與NaOH反應(yīng)生成Na?.??TiO?納米片。 生物活性提升機理：
  • HA是骨的主要無機成分，具有優(yōu)異的骨傳導(dǎo)性和骨誘導(dǎo)性，促進成骨細胞粘附、分泌分化因子，為鈣化提供晶核
  • Na?.??TiO?/TiO?異質(zhì)結(jié)形成內(nèi)建電場，可能通過電信號促進成骨
  • 微/納雙尺度多孔表面形貌有利于細胞早期粘附

應(yīng)用價值

  • 快速高效：微波水熱處理僅需10 min即可在MAO涂層表面形成豐富HA柱狀晶體，相比傳統(tǒng)水熱法（2-24 h）大幅縮短處理時間
  • 結(jié)構(gòu)清晰：首次通過TEM系統(tǒng)揭示了MAO涂層微波水熱處理后的五層微觀結(jié)構(gòu)
  • 性能卓越：MAOMH10涂層在細胞響應(yīng)、基因表達和體內(nèi)骨整合方面均顯著優(yōu)于Ti和MAO涂層
  • 界面結(jié)合強：推出力測試表明MAOMH10涂層與新生骨界面結(jié)合強度最高
  • 應(yīng)用前景廣闊：MAO+MH聯(lián)用技術(shù)為鈦植入體表面快速改性提供了新途徑

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常見問題

這篇論文使用了哪種設(shè)備？
本研究使用 XH-800S。
研究的核心發(fā)現(xiàn)是什么？
該研究發(fā)表于 Chemical Engineering Journal（2019），使用 XH-800S 開展 生物材料表面改性、微波水熱處理 研究，核心條件包括溫度 200°C；時間 10分鐘 / 5 min / 10 min。
該研究發(fā)表在哪個期刊？
發(fā)表于 Chemical Engineering Journal，中科院 1 區(qū)。
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