پیشرفت تحقیقات در مورد پوشش اصلاح سطح آلیاژ تیتانیوم پزشکی برای کاشت استخوان

مروری بر توسعه آلیاژهای تیتانیوم پزشکی

در دهه 194، تیتانیوم خالص به عنوان یک ماده بیولوژیکی مورد توجه قرار گرفت. در دهه 1960، پس از اینکه برانمارک از تیتانیوم خالص به عنوان ماده کاشت دهان استفاده کرد، تیتانیوم خالص تا حدی جایگزین فولاد ضد زنگ و آلیاژهای CoCr به عنوان مواد بیولوژیکی کاشت شد. در همان زمان، آلیاژهای تیتانیوم پزشکی نیز مورد تحقیق و توسعه قرار گرفتند. با تعمیق تحقیقات، آلیاژهای تیتانیوم به تدریج از آلیاژهای تیتانیوم نوع اول به آلیاژهای تیتانیوم نوع + - نسل دوم با مقاومت در برابر خوردگی و استحکام بهتر تبدیل شدند. آلیاژهای معرف Ti-6Al-4V، Ti -5Al-2.5Fe، Ti-6Al-7Nb هستند. با این حال، مدول الاستیک آلیاژ تیتانیوم نسل دوم در مقایسه با مدول الاستیک استخوان انسان (0.2 ~ 32GPa) هنوز نسبتاً بالا است. جذب مواد بلعیده شده می تواند باعث آتروفی استخوان شود، محافظ استرس ایجاد کند و منجر به شل شدن ایمپلنت شود. بنابراین، تحقیق و توسعه فعلی آلیاژهای تیتانیوم پزشکی عمدتاً مبتنی بر نسل سوم نوع و نوع ناپایدار است که مدول الاستیک آنها به استخوان‌های انسان نزدیک‌تر است. این نوع آلیاژ تیتانیوم همچنین از عناصر مضر یا حساس کننده برای بدن انسان در انتخاب عناصر آلیاژی اجتناب می کند. در حال حاضر، بیش از 20 نوع آلیاژ تیتانیوم با مدول الاستیک پایین ساخته شده است که اکثر آنها زیست سازگار هستند. به عنوان مثال، ورق تیتانیوم درجه 5، صفحه تیتانیوم درجه 5، میله تیتانیوم درجه 5، و غیره. ژاپن آلیاژ تیتانیوم Ti{25}}Nb-13Ta{27}}.6Zr (TNTZ) طراحی و توسعه داده است. با استفاده از تئوری آلیاژ الکترون d و مدول الاستیک آن به اندازه 50 گیگا پاسکال، فعالیت بیولوژیکی عالی، فسفر و عناصر کلسیم (عناصر تشکیل دهنده فسفات کلسیم) را می توان بر روی سطح پس از غوطه ور شدن در مایع شبیه سازی شده بدن (SBF) شناسایی کرد. موسسه تحقیقات فلزات، آکادمی علوم چین نوع جدیدی از Ti-24Nb-4Zr- 7 را توسعه داده است. آلیاژ 9Sn (Ti2448)، مدول الاستیک آن تنها 45 گیگا پاسکال است، استحکام آن 850 مگاپاسکال است و تشکیل فیلم غیرفعال محافظ روی سطح می تواند مقاومت در برابر خوردگی بالاتری داشته باشد. پس از یافتن تدریجی راه حلی برای مشکل مدول الاستیک بالای مواد کاشت آلیاژ تیتانیوم پزشکی، محققان بر روی تأثیر آلیاژ تیتانیوم بر تکثیر و تمایز سلولی تمرکز کردند. در مراحل اولیه کاشت، توانایی ضعیف ادغام استخوانی سطوح Ti و TiO2 منجر به تمایز ضعیف استئوبلاست‌ها و در نتیجه تشکیل بافت فیبری در اطراف ایمپلنت می‌شود که به نوبه خود باعث شل شدن ایمپلنت و ایجاد التهاب در اثر اصطکاک و ایجاد التهاب می‌شود. شرایط دیگر از سوی دیگر، ایمپلنت‌های بالغ Ti{39}}Al-4V در کاربردهای تجاری، مستعد انتشار یون‌های Al و V هستند که برای بدن انسان در مایعات بدن سمی هستند. بنابراین، به منظور افزایش فعالیت بیولوژیکی ایمپلنت های آلیاژ تیتانیوم و جلوگیری از انتشار یون های سمی در ایمپلنت ها، اصلاح سطح آلیاژهای تیتانیوم به کانون تحقیقاتی آلیاژهای تیتانیوم پزشکی تبدیل شده است. در حال حاضر، اصلاح سطح آلیاژ تیتانیوم پزشکی عمدتاً با رسوب یک پوشش سازگار بر روی سطح آلیاژ یا تغییر مستقیم ساختار و ترکیب سطحی است و در نتیجه توانایی ادغام استخوانی مانند زیست سازگاری، مقاومت در برابر خوردگی، خاصیت ضد باکتریایی و تمایز سلولی را بهبود می‌بخشد. .

پوشش اصلاح سطح آلیاژ تیتانیوم پزشکی برای کاشت استخوان

مطالعات نشان داده اند که عوامل مهم موثر بر زیست سازگاری و توانایی ادغام استخوانی مواد ایمپلنت عمدتاً شامل ترشوندگی سطح، زبری، ترکیب و نوع کریستال است. در محیط مایع بدن، زمانی که سطح ماده ایمپلنت ترشوندگی خوبی داشته باشد، پروتئین به راحتی جذب می شود که برای چسبندگی سلولی مساعدتر است. علاوه بر این، توپوگرافی سطحی خاص برای تمایز و رشد سلولی مساعدتر است. به عنوان یک روش مهم برای اصلاح سطح آلیاژهای تیتانیوم پزشکی، ساخت یک پوشش اصلاح شده مناسب بر روی سطح آلیاژ می تواند ساختار سطح، ترکیب سطح، ترشوندگی و غیره آلیاژ را با حفظ مقاومت به خوردگی و خواص مکانیکی آلیاژ تنظیم کند. . به منظور دستیابی به بهبود سازگاری و ادغام استخوانی. در حال حاضر، پوشش‌های اصلاح سطح متداول آلیاژهای تیتانیوم پزشکی برای کاشت استخوان عمدتاً شامل پوشش هیدروکسی آپاتیت (HA)، پوشش کیتوزان، و پوشش آرایه نانولوله TiO2 است که در میان آن‌ها، آرایه نانولوله TiO2، پوشش‌های ساختاری متخلخل خود رشد یافته است که اغلب می‌توانند با هم ترکیب شوند. با سایر پوشش ها برای دستیابی به عملکرد بهتر.

1. HA پوشیده شده با هیدروکسی آپاتیت، به عنوان جزء معدنی اصلی استخوان های انسان، زیست سازگاری خوبی دارد و می تواند در استئو رسانایی و القای استخوان نقش داشته باشد. هنگامی که HA در تماس با مایعات بدن است، یون‌های سطحی می‌توانند با یون‌های موجود در محلول آبی مبادله کنند و مولکول‌ها یا یون‌هایی مانند کلاژن و پروتئین‌ها می‌توانند روی سطوح آن‌ها جذب شوند تا بیوفیلم‌ها و پوشش‌هایی تولید کنند. HA خالص خواص مکانیکی ضعیفی دارد و برای محیط های باربر چندان مناسب نیست، اما این مشکل را می توان با تهیه پوشش های HA بر روی سایر سطوح ایمپلنت برای ترکیب شدن حل کرد. پوشش HA نه تنها اتصال شیمیایی محکم در سطح مشترک استخوان/ایمپلنت را امکان پذیر می کند، بلکه به عنوان یک مانع بین مایعات بدن و ایمپلنت های فلزی عمل می کند. اثر اصلاحی پوشش HA ارتباط نزدیکی با روش تهیه و فرآیند آماده سازی آن دارد. تفاوت هایی در استحکام باند، کریستالینیتی و چگالی پوشش HA تهیه شده با روش های مختلف با بستر وجود دارد. استحکام پیوند بین پوشش HA و زیرلایه یکی از عوامل کلیدی تعیین کننده اثر اصلاح است. استحکام پیوند کم می تواند به راحتی منجر به شکست اصلاح شود و کنده شدن پوشش HA ممکن است مشکلاتی مانند التهاب ایجاد کند. مطالعات مربوطه نشان داده است که استحکام چسبندگی پوشش‌های HA تهیه شده به روش کندوپاش مگنترون می‌تواند به 80 مگاپاسکال برسد که بیشتر از پوشش‌های تهیه‌شده با فشار ایزواستاتیک داغ، رسوب لیزر پالسی، پاشش پلاسما و روش سل-ژل است (تقریباً 14، 16). ، 25 و 26 مگاپیکسل). در حال حاضر برای تهیه پوشش های HA معمولاً از اسپری پلاسما و رسوب الکتروفورتیک استفاده می شود. رسوب الکتروفورتیک می تواند بسترهایی با اشکال پیچیده را بپوشاند، اما استحکام پیوند آن کم است. پس از بازپخت پوشش HA تهیه شده توسط اسپری حرارتی، استحکام پیوند پوشش به طور قابل توجهی بهبود می یابد که به دلیل کاهش تنش پسماند توسط عملیات حرارتی است. علاوه بر این، زبر کردن سطح آلیاژ تیتانیوم با تکنیک های مختلف پیش تصفیه، مانند حکاکی با پرتو الکترونی، انفجار میکروسفر، حکاکی اسیدی و سنگ زنی کاغذ سنباده، یا قرار دادن یک لایه انتقالی بین پوشش HA و بستر آلیاژ تیتانیوم، همه استحکام چسبندگی پوشش HA را می توان بهبود بخشید. ویژگی های خود پوشش HA، مانند ریزساختار، اندازه دانه HA و استحکام پیوند با ماتریس، همگی تأثیر خاصی بر زیست سازگاری مواد ایمپلنت دارند. تفاوت در بلورینگی پوشش‌های HA می‌تواند بر رفتار سلول تأثیر بگذارد، با پوشش‌های HA کریستالی کم نرخ تکثیر استئوبلاست‌ها در مقایسه با پوشش‌های HA بسیار کریستالی را نشان می‌دهند. این مطالعه نشان داد که نانوپوشش‌ها و ریزپوشش‌های HA با کریستالینیتی متفاوت، ویژگی‌های انحلال و رسوب مجدد متفاوتی را نشان می‌دهند و HA آمورف حلالیت بالایی در داخل بدن نشان می‌دهد، و حدس زده می‌شود که سینتیک اولیه تشکیل استخوان با حلالیت پوشش‌های HA مرتبط است. [38]. درجه تبلور پوشش HA را می توان با بازپخت یا رسوب در دمای بالا (700 تا 800 درجه) کنترل کرد. فرآیند بازپخت بخشی از پوشش آمورف را به یک پوشش کریستالی تبدیل می کند و ساختار کریستالی یا جایگزینی یون با درجه خاصی از بلورینگی به دست می آورد. پوشش HA. در مقایسه با پوشش پوسته پوسته HA، پوشش ساختار سوزنی متراکم و یکنواخت است و پوشش ساختار سوزنی سطح تماس بیشتری با مایع اطراف فراهم می کند، بنابراین برای رسوب آپاتیت مناسب تر است [39]. ریزساختار پوشش HA نیز با حرارت دادن و تف جوشی قابل تغییر است [40]. دیکیچی و همکاران [41] دریافتند که HA به تری کلسیم فسفات (TCP) تجزیه می شود که در دمای بالای 1050 درجه پخته شود و HA به طور کامل تجزیه می شود زمانی که در 1400 درجه پخت می شود. تخلخل لایه با افزایش دمای پخت افزایش می یابد. هالبرت و همکاران [42] نشان دادند که ساختار متخلخل نیاز به حداقل اندازه منافذ به هم پیوسته حدود 100 میکرومتر برای رشد درونی بافت استخوانی جدید و فراهم کردن فضایی برای گردش مایع دارد و آنها دریافتند که اندازه منافذ کوچکتر امکان کانی سازی ناقص بافت نفوذی را فراهم می کند. . برای پوشش HA، یک پوشش کاملاً متراکم HA برای تکثیر و تمایز سلولی مساعد نیست و توانایی آن برای القای تشکیل استخوان محدود است و عمدتاً به عنوان داربست برای تشکیل استخوان استفاده می شود [43]. در مقایسه با HA در اندازه میکرون، HA در اندازه نانو ساختار بسیار ظریف و فعالیت سطحی بالاتری دارد. نانو HA مشابه مواد معدنی موجود در بافت استخوانی بافت سخت انسان است و ساختارهای شیمیایی و کریستالوگرافی مشابهی دارد و نانو HA نسبت به میکرو HA قادر به بهبود تکثیر و تمایز سلولی است [44].

2. نسبت استوکیومتری کلسیم و فسفر برای HA مصنوعی با پوشش هیدروکسی آپاتیت دوپ شده 1.67 است، اما بیوآپاتیت ماهیت غیر استوکیومتری دارد و از کریستال های کوچکی تشکیل شده است که با کریستالینیت ضعیف مشخص می شود و دارای حلالیت نسبتاً بالایی نسبت به مقدار استوکیومتری HA است. [45]. به منظور بهبود توانایی های ضد باکتریایی و القای تمایز پوشش ها، بر اساس ساختار HA بیولوژیکی، دوپینگ یونی HA مصنوعی یک جهت تحقیقاتی مهم برای اصلاح سطح است. استفاده از یون‌های با عملکردهای بیولوژیکی مانند Mg2+، Zn2+، Sr{8}}، Ag+، Zr4+ و F- به عنوان مواد ناخالص نه تنها می‌تواند نسبت استوکیومتری کلسیم را تغییر دهد. و P در HA رسوب داده شده، ساختار کریستالی را تنظیم می کند، پایداری پوشش را بهبود می بخشد، و غیره. می توان آن را روی سطح کریستال جذب کرد تا ترشوندگی را بهبود بخشد و به نتیجه برسد. اثر بهبود فعالیت بیولوژیکی ایمپلنت دوپینگ پوشش های HA را می توان به دوپینگ تک عنصری و دوپینگ چند عنصری تقسیم کرد. در بین دوپینگ تک عنصری، دوپینگ عنصر Sr به طور گسترده مورد مطالعه قرار گرفته است، Sr می تواند به عنوان دارویی برای درمان پوکی استخوان استفاده شود، با افزایش Sr، تکثیر استئوکلاست ها کاهش می یابد، علاوه بر این، Sr می تواند خواص مکانیکی HA را نیز بهبود بخشد. . بوید و همکاران پوشش Sr-HA را با روش کندوپاش مگنترون بر روی سطح سیلیکون قرار داد. با افزایش مقدار دوپینگ Sr از 5٪ به 13٪ (کسر جرمی)، زبری سطح پوشش به تدریج افزایش یافت که مقاومت سلول را بهبود بخشید. از چسبندگی F- می تواند اتصال سلولی را با ایجاد پتانسیل سطح پایین تر مطلوب کند، از طرف دیگر آزمایش ها نشان می دهد که دوپینگ F- مقاومت حلالیت HA را افزایش می دهد. دوپینگ منیزیم{19}} در ساختار HA می‌تواند سطح ویژه پوشش را به میزان قابل توجهی افزایش دهد و منیزیم اثر بازدارنده خاصی بر کریستالیزاسیون HA دارد که برای تشکیل ماده زیست سازگار دیگر، تری کلسیم فسفات مفید است. -TCP) فاز. . دوپینگ همزمان یون های متعدد می تواند مزایای دوپینگ تک یونی را با هم ترکیب کند و اثر هم افزایی دوپینگ مشترک چندین عنصر آشکارتر است. بنابراین، به منظور بهبود عملکرد پوشش HA، معمولاً با چند یون دوپه می شود. سامانی و همکاران پوشش‌های Zn/Ag را به روش سل-ژل دوپ کرد و دریافت که روی 1.5%{30}}. نمونه 6 درصد Ag (کسر جرمی) کودپول شده کمترین نمونه دوپ شده مشترک را در بین تمام نمونه های دوپ شده داشت. نمونه های دوپ شده نتایج ضد باکتریایی بهتری نسبت به 2.5% روی HA تک دوپ شده و 1.5% نقره HA تک دوپ شده نشان دادند. کیائو و همکاران پوشش‌های HA/TiO2 دوپ شده Si-Sr-Ag را با رسوب الکتریکی آماده کردند. یون‌های دوپینگ Sr و Si سطح بیان ژن‌های مرتبط با استخوان‌زایی را افزایش دادند و با موفقیت سمیت سلولی بالقوه یون‌های Ag را خنثی کردند. . خواص بیولوژیکی پوشش های دوپ شده مشترک نسبت به پوشش های HA و Ag-HA برتر است، اثر ضد باکتریایی آن ها با پوشش های Ag-HA قابل مقایسه است و محتوای بالای خاص یون های Si و Sr می تواند باعث تکثیر و بازسازی خوب شود. سلول ها و بافت استخوانی، چسبندگی سلولی را بهبود می بخشد. HA حاوی سی سرعت جذب بالاتری دارد و دارای تعداد زیادی گروه فعال است که اتصال استئوبلاست ها را تقویت می کنند. ژانگ و همکاران پوشش‌های HA با نانوذرات SiC تقویت‌شده و F با رسوب‌گذاری الکتروشیمیایی آماده شدند. جایگزینی Ca{53}} در HA با Na+ می‌تواند پیوند سلولی و متابولیسم استخوان را تقویت کند. جایگزینی OH- در HA با F- می تواند پایداری ساختاری را افزایش دهد بنابراین، پوشش HA همراه با Na و F می تواند خواص بیولوژیکی عالی از خود نشان دهد. تعداد زیادی از مطالعات نشان داده اند که اثر ضد باکتریایی یون HA تا حد زیادی به غلظت عنصر دوپینگ و خواص خود ماده ناخالص بستگی دارد [30]. اثرات ضد باکتریایی و استخوانی. در حال حاضر، مقالات کمی در رابطه با دوپینگ پلاسما با عناصر خاکی کمیاب مانند La، Ce، Nd، Gd وجود دارد. پوشش لا{60} HA دوپ شده دارای حلالیت کم و خواص مکانیکی بهبود یافته است[55]. به منظور بهبود مقاومت ضد باکتریایی و سایش پوشش HA، Aditi و همکاران.[56] از فناوری پاشش پلاسما در پوشش HA آلیاژ تیتانیوم استفاده شده است. هنگامی که نانولوله‌های CeO2، Ag و کربن اضافه شدند، مشخص شد که ثابت سایش و تنش برشی پوشش تا حد زیادی کاهش می‌یابد و خاصیت ضد باکتریایی خوبی دارد.

3. پوشش کیتوزان علاوه بر بیوسرامیک هایی مانند HA که به عنوان پوشش سطحی ایمپلنت های آلیاژ تیتانیوم استفاده می شود، کیتوزان به عنوان یک ترکیب آلی طبیعی دارای زیست سازگاری خوب، خواص ضد باکتریایی و خواص ضد سلولی است. ترویج تکثیر و تمایز نیز اغلب به عنوان یک پوشش اصلاح سطح برای ایمپلنت های آلیاژ تیتانیوم استفاده می شود. کیتوزان همچنین دارای خواص جذب خوبی است، می تواند در داخل بدن تجزیه شود، اثر سمی ندارد و می تواند با مواد دیگری مانند HA به عنوان حامل دارو ترکیب شود. با کنترل ضخامت پوشش کیتوزان می توان غلظت موضعی دارو را به منظور درمان عفونت پس از عمل، التهاب و دستیابی به یکپارچگی استخوانی بهتر ایمپلنت تنظیم کرد. کیتوزان می تواند با سلول های باکتریایی دارای بار منفی برای دستیابی به اثرات ضد باکتریایی و کاهش خطر شکست ایمپلنت تعامل کند. اگرچه فعالیت ضد باکتریایی آن کمی کمتر از برخی یون های فلزی است، اما برای بدن انسان بی خطرتر است. مکانیسم ضد باکتری کیتوزان عمدتاً استفاده از گروه‌های عملکردی (گروه‌های آمینه) و خواص الکتریکی مثبت آن برای واکنش با غشاهای باکتری برای مهار رشد باکتری است. خواص ضد باکتریایی کیتوزان با وزن های مولکولی متفاوت یکسان نیست. کیتوزان با وزن مولکولی بالا ژنگ لیانینگ و همکاران دریافتند که وقتی وزن مولکولی کیتوزان کمتر از 300 000 باشد، اثر ضد باکتریایی آن بر اشریشیا کلی و استافیلوکوکوس اورئوس برخلاف تغییر وزن مولکولی است. ضعیف شدن کیروشکا و همکاران اثر نانوپوشش‌های کیتوزان-کیتین بر روی استئوسیت‌های موش صحرایی را مطالعه کرد و دریافت که هم تخلخل پوشش و هم توزیع اندازه منافذ با وزن مولکولی کیتوزان مرتبط است و وزن مولکولی نیز بر ساختار اسکلت رشد و تکثیر سلولی تأثیر می‌گذارد. در مطالعه آنها، پوشش کیتوزان با وزن مولکولی متوسط ​​وزنی (MW) 160 000 دارای تخلخل بالا، نرخ تورم پایین و انتشار سلولی بهتر بود. وجود مقدار زیادی -OH در پوشش کیتوزان که دارای بار مثبت است، می‌تواند رسوب PO را تسریع کند، بنابراین می‌تواند باعث ایجاد HA در داخل بدن، آب دوستی بستر پس از پیوند شود. پوشش کیتوزان بهبود یافته است، و در SBF HA کامل می تواند پس از پوشش رسوب بیومیمتیک و میزان رسوب پیوند نشده تشکیل شود. نمونه (نمونه تیتانیوم) به طور قابل توجهی متفاوت است. از آنجایی که کیتوزان برای ایجاد پیوندهای شیمیایی با ایمپلنت ها دشوار است، به منظور بهبود استحکام پیوند آن بر روی سطح آلیاژهای تیتانیوم، محققان کاوش های بیشتری را انجام دادند. اگمن و همکاران کیتوزان الکتروفورزی روی Ti-6Al-4 سندبلاست شده رسوب می‌کند. این مطالعه نشان داد که مورفولوژی بستر پس از سندبلاست بر زبری پوشش کیتوزان تأثیر می گذارد. افزایش حجم Jugowiec و همکاران نانو پودرها و نانوذرات HA را به کلوئیدهای کیتوزان اضافه کرد و سپس آنها را به صورت الکتروفورزی روی سطح آلیاژ Ti{10}}Nb-13Zr رسوب داد. این مطالعه نشان داد که افزودن نانوذرات ضخامت کیتوزان رسوب‌شده را ضخیم‌تر می‌کند که با مواد مبتنی بر تیتانیوم متفاوت است. استحکام پیوند بهتر است و مقاومت در برابر خوردگی و زیست سازگاری مواد بهبود می یابد. ژانگ و همکاران سطح تیتانیوم را با قلیایی درمان کرد و سپس آن را در محلول هپارین سدیم و کربوکسی متیل کیتوزان غوطه ور کرد. به دلیل وجود مقدار زیادی OH بر روی سطح تیتانیوم پس از عملیات قلیایی، می توان سطح ناصاف آن را با کیتوزان ترکیب کرد. نمونه آب دوستی عالی با زاویه تماس آب تنها 8 درجه از خود نشان می دهد. اگرچه پوشش کیتوزان زیست سازگاری خوبی دارد، خواص مکانیکی آن نسبتا ضعیف است و پر کردن کمبودهای خواص مکانیکی کیتوزان کلید توسعه آن است.

4. رشد درجا آرایه های نانولوله TiO2 بر روی سطح آلیاژهای تیتانیوم ساختار نانولوله TiO2 می تواند از آزاد شدن یون های فلزی (مانند Al، V و غیره) جلوگیری کند، واکنش کاشت را تسهیل کند و مقاومت به خوردگی بهتری نسبت به TiO2 نشان دهد. مواد حجیم و زیست سازگاری بنابراین سنتز پوشش‌های آرایه‌ای نانولوله‌های TiO2 بر روی سطح آلیاژهای تیتانیوم به اقدام مؤثر دیگری برای بهبود خواص پزشکی آنها تبدیل شده است. آندایزاسیون اغلب برای تهیه آرایه های نانولوله TiO2 بر روی سطح مواد مبتنی بر تیتانیوم استفاده می شود، در نتیجه یک پوشش TiO2 با ساختار متخلخل مشابه استخوان تشکیل می شود. مقررات. آرایه های نانولوله TiO2 تهیه شده به روش آندایزینگ در حالت آمورف هستند. پس از بازپخت، آرایه را می توان از حالت آمورف به فاز آناتاز یا فاز روتیل تبدیل کرد. پس از بازپخت در دمای 300 تا 500 درجه، به طور کلی فاز آناتاز است و در دمای 600 درجه بازپخت می شود و به تدریج به فاز روتیل تبدیل می شود. افزایش بلورینگی سطح، زاویه تماس با آب نمونه‌های آنیل شده را کاهش می‌دهد، که آرایه‌های نانولوله را قادر می‌سازد تا ترشوندگی سطح بالایی را نشان دهند، که جذب پروتئین و چسبندگی سلول را تسهیل می‌کند، و اثر هم افزایی نانولوله‌ها و ساختار کریستالی، تخریب HA را تسریع می‌کند. رسوب گذاری مطالعات نشان داده اند که فاز آناتاز عملکرد بهتری در القای تمایز یا تکثیر سلولی نسبت به فاز روتیل از خود نشان می دهد و رسوب HA در فاز آناتاز آسان تر است. علاوه بر این، یو و همکاران. دریافتند که نانولوله‌های TiO2 با قطر نسبتاً کوچک برای چسبندگی و تکثیر استئوبلاست‌ها مفیدتر هستند. در حالی که نانولوله‌های TiO2 با قطر نسبتاً بزرگ توانایی تمایز استخوان‌زایی بهتری را نشان می‌دهند و از نانولوله‌های بزرگ می‌توان در شبیه‌سازی سلولی استفاده کرد. پتانسیل استخوان زایی بهتر پس از درمان استرس اکسیداتیو. هنگامی که ولتاژ آنودیزاسیون در محدوده مشخصی تغییر می کند، طول و قطر نانولوله ها با افزایش ولتاژ افزایش می یابد. با افزایش زمان اکسیداسیون، زبری سطح نمونه افزایش می یابد و زاویه تماس آب نیز کاهش می یابد. آلیاژ Ti{15}}Al{16}} یک ماده زیست پزشکی نسبتاً پر استفاده است که از فاز + تشکیل شده است. در طی فرآیند آنودیزاسیون، سرعت انحلال دو فاز متفاوت است و طول لوله نانولوله ها در مناطق فاز مختلف متفاوت است. منصوریان فر و همکاران.[75] با اکسیداسیون آندی ثانویه در ولتاژ 50 تا 75 ولت، آرایه های نانولوله TiO2 با یکنواختی خوب روی آلیاژ Ti{20}}Al-4 با موفقیت ساخته شد. مورفولوژی نانولوله ها در شکل 1 نشان داده شده است. متوسط ​​طول لوله و قطر لوله با افزایش ولتاژ افزایش می یابد. مشخص شد که نمونه های تهیه شده در ولتاژ 60 بهترین قابلیت زنده ماندن سلولی را نشان می دهند و شکل 2 آنالیز دی فنیل تترااکسازول بروماید (MTT) سلول های استرومایی مغز استخوان MG63 را نشان می دهد که روی هر نمونه کشت شده اند. تهیه لایه‌های آرایه نانولوله TiO2 روی آلیاژهای بیوتیتانیوم با مدول الاستیک پایین نه تنها خواص مکانیکی مواد ایمپلنت را تضمین می‌کند، بلکه زیست سازگاری آنها را نیز بهبود می‌بخشد. لی و همکاران [76] لایه‌های آرایه نانولوله TiO2 را روی سطح Ti-24Nb-4Zr{34}}.9Sn(Ti2448) آلیاژ تیتانیوم، نانولوله-Ti2448 (NTi2448) در مقایسه با نانولوله Ti خالص آماده کرد. -Ti(NT) و Ti2448، ترشوندگی بالاتر، مقاومت در برابر خوردگی را نشان دادند، سازگاری سلولی و توانایی استئواینتگراسیون با توجه به افزودن Nb، Zr و سایر عناصر به آلیاژ تیتانیوم با مدول الاستیک کم، فیلم اکسیدی تشکیل شده پس از آنودایز کردن مقاومت به خوردگی آن را بهبود می بخشد. علاوه بر این، افزودن عناصر آلیاژی ترتیب آرایه نانولوله‌ها را کاهش می‌دهد و قطر لوله متفاوت است. و مطالعات همچنین نشان داده اند که آرایه هایی با درجه مرتبه پایین سازگاری بهتری از خود نشان می دهند. در حال حاضر، اصلاح سطح مواد مبتنی بر تیتانیوم توسط اکسیداسیون آندی عمدتاً بر روی تحقیق در مورد تیتانیوم خالص و آلیاژ Ti{43}}Al{44}} تمرکز دارد. محققان مورفولوژی، ترکیب، رابطه بین ساختار کریستالی و غیره با زبری سطح، ترشوندگی، تکثیر سلولی و تمایز را بررسی کردند. با این حال، توجه کمی به اثر عناصر آلیاژی آلیاژهای تیتانیوم پزشکی جدید بر روی مورفولوژی پوشش‌های آرایه نانولوله‌ای تهیه‌شده توسط آنودیزاسیون شده است.

5. اصلاح سطح بر اساس پوشش آرایه نانولوله TiO2 برای اصلاح سطح آلیاژهای تیتانیوم، محققان اغلب ابزارهای فنی مختلفی را برای طراحی بر اساس الزامات خاص ادغام می کنند. ترکیبی از روش‌های اصلاح چندگانه، مزایای هر روش اصلاح را تا حد زیادی یکپارچه می‌کند و اثر اصلاح نیز به طور مداوم بهینه می‌شود.

به منظور بهبود مقاومت به سایش ایمپلنت‌ها، در گذشته از کندوپاش مگنترون و روش‌های دیگر برای تهیه لایه‌های قلع روی سطح ایمپلنت‌ها استفاده می‌شد، اما بر اساس نانولوله‌های TiO2، می‌توان با احیا و نیتریداسیون مداوم TiO2، پوشش‌های آرایه نانولوله‌های TiN را به‌دست آورد. نانولوله ها ، که نه تنها تضمین می کند که ساختار متخلخل الزامات زیست سازگاری را برآورده می کند، بلکه مقاومت در برابر سایش را نیز بهبود می بخشد. آرایه نانولوله TiO2 دارای سطح ویژه بزرگی است و استفاده از آرایه نانولوله TiO2 به عنوان لایه انتقالی می تواند استحکام چسبندگی پوشش HA را افزایش داده و میزان رسوب پوشش HA را بهبود بخشد. لین و همکاران تیتانات کلسیم (CaTiO3) را بر روی سطح نانولوله‌ها با کلسیفیکاسیون خلاء و عملیات هیدروترمال تشکیل داد، که مکان‌های هسته‌زایی را برای HA فراهم کرد و پیوند شیمیایی بین پوشش نانومقیاس HA و ماتریس TiO2 را تحقق بخشید. فتیونس و همکاران از رسوب الکتریکی به کمک اولتراسونیک برای تهیه پوشش اکسید گرافن-HA بر روی نانولوله های TiO2 استفاده کرد. گرافن خواص مکانیکی پوشش HA را بهبود می بخشد و گرافن خود زیست سازگار است. مطالعات قبلی نشان داده اند که گرافن می تواند تمایز سلول های بنیادی را تحریک کرده و استئوبلاست ها را تحریک کند. پوشش آرایه نانولوله TiO2 همچنین مزایای منحصر به فردی را در بارگیری یون ها و داروهای آهسته رهش نشان می دهد. در حال حاضر، پوشش آرایه نانولوله TiO2 به عنوان یک پوشش ساختار متخلخل برای بارگذاری یون ها یا داروهای ضد باکتری و ضد التهابی شروع به استفاده کرده است و با تغییر دما، pH و سایر شرایط به نقش آزادسازی هوشمند دارو دست می یابد. پلاسمون های Ag، Cu، Sr بارگذاری شده روی آرایه های نانولوله TiO2 می توانند به عنوان عوامل ضد میکروبی پایدار و آهسته در موجودات زنده استفاده شوند. Chen Yi و همکاران [84] از کندوپاش مگنترون برای تهیه لایه‌های نازک TiAg استفاده کردند، سپس از آنودیزاسیون برای تهیه آرایه‌های نانولوله TiO2 با Ag استفاده کردند و سپس از روش هیدروترمال برای بارگذاری SrTiO3 استفاده کردند. نمونه های بارگذاری شده با یون هنوز پس از 60 روز عملکرد خوبی از خود نشان دادند. خواص ضد باکتریایی و القای استخوان. علاوه بر این، نانولوله‌های TiO2 اغلب به‌عنوان محفظه‌ای برای داروهای ضدباکتری به منظور دستیابی به اثر رهاسازی پایدار هوشمند داروها استفاده می‌شوند، اما کنترل سرعت انتشار دارو با کنترل طول و قطر نانولوله‌ها محدودیت‌های خاصی دارد، بنابراین اغلب از آن استفاده می‌شود. در نانولوله های مملو از دارو. آرایه لوله با یک پلیمر زیستی برای جلوگیری از انتشار ترکیدگی دارو محصور شده است. ژونگ و همکاران پلی متاکریلیک اسید روی آرایه های نانولوله TiO2 بارگذاری شده با نورفلوکساسین پوشش داده شده است، که یک ترکیدگی کوچک (34.4٪) و زمان انتشار پایدار طولانی تری را نشان می دهد. روش ارائه شده توسط Aw و همکاران. استفاده از نانولوله‌های بارگذاری شده با میسل‌های پلیمری حاوی دارو و پوشش سطح نانولوله‌های TiO2 با پوشش‌های بیوپلیمری مانند کیتوزان، عملکرد ضد باکتریایی و ضد التهابی نانولوله‌های TiO2 را بهبود بخشید. از سوی دیگر، برخی از محققان با تغییر ناهمواری دیواره نانولوله، سرعت بارگیری و رهاسازی دارو را بهبود بخشیده اند که به همان اندازه برای داروهای آبدوست و آبگریز قابل استفاده است [88]. بر اساس اثر اصلاحی پوشش‌های آرایه نانولوله‌های TiO2 فعلی، انتظار می‌رود که آماده‌سازی پوشش‌های آرایه نانولوله‌های TiO2 روی سطح ایمپلنت‌های آلیاژ تیتانیوم به گامی اساسی در اصلاح آلیاژهای تیتانیوم پزشکی در آینده تبدیل شود.