摘要
Ti-20Zr-10Nb-4Ta合金由于其良好的力学性能在骨科领域具有巨大的应用潜力，但其表面天然钝化膜限制了材料的成骨和抗菌性。调控材料表面结构和引入活性抗菌元素可同时解决材料成骨和抗菌方面存在的不足。微弧氧化(Micro-arc Oxidation,MAO)是一种广泛应用于钛(Ti)、锆(Zr)、铌(Nb)、钽(Ta)等阀金属的电化学表面改性技术。通过微弧氧化能够在上述金属及合金表面原位生长出多孔陶瓷层，改善材料表面粗糙度、亲水性和生物相容性。同时合理选择配方和工艺参数，可将活性元素直接掺入涂层中。因此微弧氧化工艺可应用于成骨/抗菌涂层的制备。 通过在四硼酸钠(Na2B4O7)电解液中进行微弧氧化，直接在Ti-20Zr-10Nb-4Ta合金上制备了微/纳米分级结构涂层。分析了涂层的微观结构和化学成分组成，评价了膜/基结合力，亲水性和细胞相容性，并讨论了合金元素与电解质之间的相互作用对涂层形成的影响。涂层主要由金红石型TiO2和少量合金元素形成的氧化物组成，与传统的“火山口”结构相比，其粗糙度更高，亲水性更好，并且与基体粘附能力更强。对涂层形貌演变的分析表明，在MAO过程中从放电通道喷出的氧化物被Na2B4O7电解液部分溶解，这是形成分级多孔结构的主要原因。细胞实验表明，这种涂层具有良好的促进细胞粘附和铺展能力。 通过调整Na2B4O7与氟化钠(NaF)在电解液体系中的浓度，直接将活性元素F引入涂层中。分析了涂层的微观结构和化学组成，评价了涂层抗菌性、亲水性和细胞相容性。含F的抗菌涂层保留了微/纳米分级结构，其内部金属并主要由以金属元素氧化物、固溶体及含氟盐组成的形式存在，F元素则主要以盐的形式存在？？。含F涂层均表现出一定的抗菌性，且当电解液中Na2B4O7浓度为0.05M，NaF浓度为0.1M时制备的涂层抗菌性能最佳。细胞试验表明，抗菌性最优的含F涂层促进细胞了细胞的铺展，且在14天时促进了细胞的分化。
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