一维TiO2纳米材料的制备及其生物性能的研究

作     者：李丹 

作者单位：华南理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：宁成云

授予年度：2011年

学科分类：081704[工学-应用化学] 07[理学] 070205[理学-凝聚态物理] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0703[理学-化学] 070301[理学-无机化学] 0702[理学-物理学] 

主      题：阳极氧化 纳米管/棒 磷灰石 粗糙度 成骨诱导性 

摘      要：本文采用电化学阳极氧化法,分别通过恒压模式和恒流模式,在纯钛表面原位构建了纳米管和纳米棒阵列。利用扫描电子显微镜(SEM)、X-射线衍射(XRD)、X-射线光电子能谱(XPS)等分析测试手段详细研究了工艺参数对纳米化结构膜层的表面形貌、元素组成和晶相组成的影响。结果表明:通过恒压阳极氧化,可在钛表面原位构建上端开口,下端封闭的均匀、有序的中空纳米管,热处理可使无定型的氧化钛纳米管结晶,且经550℃热处理可得到结晶度较优锐钛矿相。其中,管径随电压的增加而增加;在弱酸性体系中,管长随时间的延长而增加;壁厚随温度的增加而减小。通过恒流阳极氧化,可在钛表面原位构建具有择优取向的纳米棒阵列,该膜层主要由二氧化钛组成,可能以TiO的形式存在。550℃热处理可以使无定型的纳米棒结构向金红石型转变。恒压模式和恒流模式下制备的膜层结构有一定的差异,综合分析,确定了最佳的阳极氧化工艺参数。 表面粗糙度和表面负电荷是促进磷酸钙异相成核的重要条件。为进一步改善膜层结构性能,分别用双氧水溶液和紫外灯照射对纳米管阵列膜进行预处理,再通过仿生矿化法评价其生物活性。采用扫描电子显微镜(SEM)、X-射线衍射(XRD)、表面接触角分析仪和傅里叶转变红外(FT-IR)分析了膜层表面形貌、亲水性及成分,探讨了HO处理与UV照射对磷灰石沉积的影响。结果表明:HO处理与UV照射均可以提高纳米管诱导磷灰石沉积的能力,其中HO处理影响的主要是表面结构,而UV照射影响的主要是表面Ti-OH,并且水有助于表面Ti-OH的形成。 通过在各组试样表面培养人的骨髓间充质干细胞(hSCMs),初步考察了试样表面纳米化前后的细胞相容性,并深入地考察了纳米化结构对细胞分化和细胞基质钙盐沉积的影响。结果表明:表面纳米化结构使表面粗糙度呈增加趋势,利于细胞的粘附与增殖。但粗糙度相对较大的纳米管具有最优的成骨诱导性,纳米棒的成骨诱导性与纯钛相差不大。可能是因为恒压阳极氧化使材料表面建立了最利于细胞增殖与诱导其向成骨分化的表面纳米结构。