一种生物抗氧化性能良好的二氧化铈掺杂羟基磷灰石涂层及其应用

摘要

本发明涉及一种生物抗氧化性能良好的二氧化铈掺杂羟基磷灰石涂层及其应用，采用离子喷涂技术将二氧化铈掺杂羟基磷灰石粉体喷涂在在基体表面，得到所述二氧化铈掺杂羟基磷灰石涂层，所述二氧化铈掺杂羟基磷灰石粉体中二氧化铈的质量分数为10～50wt%，优选为10～30 wt%。本发明的涂层不仅具有优良的生物相容性，而且具有抗氧化性，可有效减小骨质疏松症中氧化应激对骨组织的损伤，能促进骨质疏松症患者骨缺损部位骨修复。本发明的制备方法具有操作简单、效率高、可重复性好、适合规模化生产等优点。

权利要求

1.一种二氧化铈掺杂羟基磷灰石涂层，其特征在于，采用离子喷涂技术将二氧化铈掺杂羟基磷灰石粉体喷涂在基体表面，得到所述二氧化铈掺杂羟基磷灰石涂层，所述二氧化铈掺杂羟基磷灰石粉体中二氧化铈的质量分数为30 wt%。

2.根据权利要求1所述的二氧化铈掺杂羟基磷灰石涂层，其特征在于，所述二氧化铈掺杂羟基磷灰石粉体的粒径为10～200微米。

3.根据权利要求2所述的二氧化铈掺杂羟基磷灰石涂层，其特征在于，所述二氧化铈掺杂羟基磷灰石粉体的粒径为60～150微米。

4.根据权利要求1所述的二氧化铈掺杂羟基磷灰石涂层，其特征在于，所述二氧化铈掺杂羟基磷灰石涂层的厚度为50～200 微米。

5.根据权利要求1所述的二氧化铈掺杂羟基磷灰石涂层，其特征在于，所述基体为纯钛、钛合金、不锈钢或钴铬钼合金。

6.根据权利要求1所述的二氧化铈掺杂羟基磷灰石涂层，其特征在于，所述离子喷涂技术参数包括：等离子体气体Ar流量为30～50 标准升/分钟；等离子体气体 H2流量为6～18标准升/分钟；粉末载气Ar流量为1.5～5 标准升/分钟；喷涂距离为80～330毫米；喷涂功率为30～55千瓦；送粉速率为8.0～30克/分钟；喷涂时间为4～15分钟。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的二氧化铈掺杂羟基磷灰石涂层，其特征在于，所述二氧化铈掺杂羟基磷灰石粉体的制备过程包括：将二氧化铈粉体和羟基磷灰石粉体按质量比均匀混合后，再加入粘结剂混合球磨，得到混合粉体；

将所得混合粉体压制成型后在600～1300℃下烧结1～3小时，再经研磨、过筛、烘干后得到所述二氧化铈掺杂羟基磷灰石粉体。

8.根据权利要求7所述的二氧化铈掺杂羟基磷灰石涂层，其特征在于，所述粘结剂为聚乙烯醇或/和聚氨酯。

9.根据权利要求8所述的二氧化铈掺杂羟基磷灰石涂层，其特征在于，二氧化铈粉体和羟基磷灰石粉体总质量与粘结剂的用量比为10～50g：1～5mL。

10.一种如权利要求1-9中任一项所述的二氧化铈掺杂羟基磷灰石涂层在制备硬组织的修复与替换材料中的应用。

说明书

一种生物抗氧化性能良好的二氧化铈掺杂羟基磷灰石涂层及

其应用

技术领域

[0001] 本发明涉及一种针对骨质疏松症中氧化应激的生物抗氧化涂层及其制备方法，具体说，是涉及一种采用等离子体喷涂技术在纯钛、钛合金等金属基材表面制备二氧化铈掺杂羟基磷灰石涂层方法。

背景技术

[0002] 随着人口老龄化，骨质疏松症的发病率以及随之而来的骨折并发症逐年提高。骨质疏松患者骨折创伤处的环境中含有浓度较高的炎症因子和活性氧自由基，同时因术后患者机体内部抗氧化防御能力的下降，导致氧化能力超过抗氧化能力，最终发生氧化应激。氧化应激是由于机体内活性氧自由基过剩而引起的氧化还原系统失衡，可导致周围骨组织氧化损伤。越来越多的证据表明，氧化应激能够提高破骨细胞活性、抑制成骨细胞分化与矿化作用，不利于骨愈合。因此，研制可纠正骨质疏松性骨折部位内部环境(如氧化应激状态)的骨植入涂层材料，对于促进骨修复并改善骨质量具有重要临床意义。

[0003] 等离子体喷涂羟基磷灰石(HA)涂层是临床上应用最广泛的骨植入涂层材料，然而，HA涂层不具备生物抗氧化性能，不能保护成骨细胞免于氧化应激的损伤。

发明内容

[0004] 针对上述问题，本发明的目的在于提供一种不仅具有优良的生物相容性能，而且具有良好生物抗氧化性能的陶瓷涂层。

[0005] 一方面，发明提供了一种二氧化铈掺杂羟基磷灰石涂层，采用离子喷涂技术将二氧化铈掺杂羟基磷灰石粉体喷涂在在基体表面，得到所述二氧化铈掺杂羟基磷灰石涂层，所述二氧化铈掺杂羟基磷灰石粉体中二氧化铈的质量分数为10～50wt％。

[0006] 二氧化铈(CeO2)具有优异的催化活性。它的催化性质来源于表面铈离子可以快速地进行Ce3+和Ce4+转变，能够根据环境很容易地接受或失去电子。铈离子混合价态的共存赋予了二氧化铈生物抗氧化性，使得其能够催化分解生物体内的过量活性氧自由基。羟基磷灰石具有良好的生物相容性能。本发明采用离子喷涂技术制备的二氧化铈掺杂羟基磷灰石涂层不仅具有优良的生物相容性能，而且具有良好生物抗氧化性能。

[0007] 较佳地，所述二氧化铈掺杂羟基磷灰石粉体的粒径为10～200微米，优选为60～150微米。

[0008] 较佳地，所述二氧化铈掺杂羟基磷灰石涂层的厚度为50～200微米。

[0009] 较佳地，所述基体为纯钛、钛合金、不锈钢或钴铬钼合金。

[0010] 较佳地，所述离子喷涂技术参数包括：等离子体气体Ar流量为30～50标准升/分钟；等离子体气体H2流量为6～18标准升/分钟；粉末载气Ar流量为1.5～5标准升/分钟；喷涂距离为80～330毫米；喷涂功率为30～55千瓦；送粉速率为8.0～30克/分钟；喷涂时间为4～15分钟。

[0011] 本发明中，所述二氧化铈掺杂羟基磷灰石粉体的制备过程包括：

[0012] 将二氧化铈粉体和羟基磷灰石粉体按质量比均匀混合后，再加入粘结剂混合球磨，得到混合粉体；

[0013] 将所得混合粉体压制成型后在600～1300℃下烧结1～3小时，再经研磨、过筛、烘干后得到所述二氧化铈掺杂羟基磷灰石粉体。

[0014] 较佳地，所述粘结剂为聚乙烯醇或/和聚氨酯。

[0015] 又，较佳地，二氧化铈粉体和羟基磷灰石粉体总质量与粘结剂的用量比为10～50g：1～5mL。

[0016] 本发明还提供了一种二氧化铈掺杂羟基磷灰石涂层在硬组织的修复与替换材料中的应用。

[0017] 本发明的涂层不仅具有优良的生物相容性，而且具有抗氧化性，可有效减小骨质疏松症中氧化应激对骨组织的损伤，能促进骨质疏松症患者骨缺损部位骨修复。本发明的制备方法具有操作简单、效率高、可重复性好、适合规模化生产等优点。

附图说明

[0018] 图1为本发明实施例1制备的二氧化铈掺杂羟基磷灰石涂层(HA-CeO2-30wt％)截面的扫描电镜图；

[0019] 图2为本发明实施例1制备的二氧化铈掺杂羟基磷灰石(HA-CeO2-30wt％)粉体和二氧化铈掺杂羟基磷灰石涂层的XRD图谱，其中，a是本发明的二氧化铈掺杂羟基磷灰石粉体的XRD图谱，b是本发明的二氧化铈掺杂羟基磷灰石涂层的XRD图谱；

[0020] 图3为本发明实施例1制备的二氧化铈掺杂羟基磷灰石(HA-CeO2-30wt％)涂层的扫描电镜图；

[0021] 图4为本发明对比例1制备的羟基磷灰石涂层的扫描电镜图；

[0022] 图5为Ti-6Al-4V合金、对比例1制备的HA涂层和实施例1制备的二氧化铈掺杂羟基磷灰石(HA-CeO2-30wt％)涂层表面细胞增殖行为效果图；

[0023] 图6为Ti-6Al-4V合金、对比例1制备的HA涂层和实施例1制备的二氧化铈掺杂羟基磷灰石(HA-CeO2-30wt％)涂层对双氧水溶液模拟的氧化应激状态下细胞增殖的保护作用效果图；

[0024] 图7为本发明实施例2制备的二氧化铈掺杂羟基磷灰石(HA-CeO2-10wt％)粉体和二氧化铈掺杂羟基磷灰石涂层的XRD图谱，其中，a是本发明的二氧化铈掺杂羟基磷灰石粉体的XRD图谱，b是本发明的二氧化铈掺杂羟基磷灰石涂层的XRD图谱；

[0025] 图8为本发明实施例2制备的二氧化铈掺杂羟基磷灰石(HA-CeO2-10wt％)涂层的扫描电镜图；

[0026] 图9为Ti-6Al-4V合金、对比例1制备的HA涂层和实施例2制备的二氧化铈掺杂羟基磷灰石(HA-CeO2-10wt％)涂层表面细胞增殖行为效果图；

[0027] 图10为Ti-6Al-4V合金、对比例1制备的HA涂层和实施例2制备的二氧化铈掺杂羟基磷灰石(HA-CeO2-10wt％)涂层对双氧水溶液模拟的氧化应激状态下细胞增殖的保护作用效果图；

[0028] 图11为本发明实施例3制备的二氧化铈掺杂羟基磷灰石(HA-CeO2-50wt％)粉体和二氧化铈掺杂羟基磷灰石涂层的XRD图谱，其中，a是本发明的二氧化铈掺杂羟基磷灰石粉体的XRD图谱，b是本发明的二氧化铈掺杂羟基磷灰石涂层的XRD图谱；

[0029] 图12为本发明实施例3制备的二氧化铈掺杂羟基磷灰石(HA-CeO2-50wt％)涂层的扫描电镜图；

[0030] 图13为Ti-6Al-4V合金、对比例1制备的HA涂层和实施例3制备的二氧化铈掺杂羟基磷灰石(HA-CeO2-50wt％)涂层表面细胞增殖行为效果图；

[0031] 图14为Ti-6Al-4V合金、对比例1制备的HA涂层和实施例3制备的二氧化铈掺杂羟基磷灰石(HA-CeO2-50wt％)涂层对双氧水溶液模拟的氧化应激状态下细胞增殖的保护作用效果图。

具体实施方式

[0032] 以下通过下述实施方式进一步说明本发明，应理解，下述实施方式仅用于说明本发明，而非限制本发明。

[0033] 本发明针对骨质疏松症中氧化应激，采用等离子体喷涂技术制备二氧化铈掺杂羟基磷灰石涂层，获得生物抗氧化功能的涂层。本发明提供的生物抗氧化性能良好的二氧化铈掺杂羟基磷灰石涂层，是指在基体(例如纯钛、钛合金、不锈钢或钴铬钼合金等基材)表面由二氧化铈掺杂的羟基磷灰石粉体喷涂而成的涂层。所述二氧化铈掺杂羟基磷灰石粉体中二氧化铈的质量分数可为10～50wt％，优选为10～30wt％。当所述二氧化铈掺杂羟基磷灰石粉体中二氧化铈的质量分数超过50wt％时，涂层与金属基体结合强度较低。低于10wt％，涂层生物抗氧化效果不明显。

[0034] 以下示例性地说明本方提供的二氧化铈掺杂羟基磷灰石涂层的制备方法。

[0035] 将二氧化铈粉体和羟基磷灰石粉体按质量比(10-50):(90-50)均匀混合后，再加入粘结剂混合球磨，得到混合粉体。其中粘结剂可为聚乙烯醇或/和聚氨酯等。二氧化铈粉体和羟基磷灰石粉体总质量与粘结剂的用量比可为10～50g：1～5mL。

[0036] 将混合粉体压制成型后在600～1300℃下烧结1～3小时，再经研磨、过80目的筛、烘干后得到所述二氧化铈掺杂羟基磷灰石粉体。

[0037] 本发明提供的二氧化铈掺杂羟基磷灰石粉体为经烧结破碎后的粉体。烧结破碎后粉体流动性提高，避免了喷涂过程中堵粉现象的发生，这样有利于提高喷涂效率和增强涂层内聚力。

[0038] 本发明将二氧化铈掺杂羟基磷灰石粉体通过离子体喷涂技术形成于作为医用金属或医用合金材料的基材的表面作为所述生物涂层以提高基材的生物抗氧化性能。本发明选用的二氧化铈掺杂羟基磷灰石粉体是由粒径可为10～200微米，更优选地60～150微米的颗粒组成，该尺寸范围内的颗粒有足够的流动性,有利于沉积在基体表面，提高涂层的结合强度。

[0039] 本发明将所述离子喷涂技术参数包括：等离子体气体Ar流量可为30～50标准升/分钟。等离子体气体H2流量可为6～18标准升/分钟。粉末载气Ar流量可为1.5～5标准升/分钟。喷涂距离可为80～330毫米。喷涂功率可为30～55千瓦。送粉速率可为8.0～30克/分钟。喷涂时间可为4～15分钟。选择合适的工艺条件，可以提高涂层与基材的结合强度，使涂层表面具有微米级的粗糙表面。

[0040] 本发明经扫描电子显微镜观测本发明制备的二氧化铈掺杂羟基磷灰石涂层(HA-CeO2-30wt％)截面形貌(如图1所示)，测得涂层的厚度可为150～200微米。如果涂层厚度太薄，那么在较短的时期内涂层会完全降解，从而无法实现涂层与骨组织的完全结合。如果涂层厚度太厚，那么涂层与基材的结合强度会明显降低，会发生涂层从基材表面剥落的风险。

[0041] 本发明的涂层不仅具有优良的生物相容性，而且具有生物抗氧化性。本发明的生物涂层对氧化应激状态下成骨细胞增殖具有明显的保护作用，能够减少活性氧自由基对成骨细胞增殖的不利影响。

[0042] 下面进一步例举实施例以详细说明本发明。同样应理解，以下实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术人员根据本发明的上述内容作出的一些非本质的改进和调整均属于本发明的保护范围。下述示例具体的工艺参数等也仅是合适范围中的一个示例，即本领域技术人员可以通过本文的说明做合适的范围内选择，而并非要限定于下文示例的具体数值。

[0043] 实施例1

[0044] 烧结破碎法制备粉体。将二氧化铈粉、羟基磷灰石粉体和氧化锆研磨球按照30:70:200的质量比总共600g混合，放入聚四氟乙烯的研磨罐中，在行星球磨机中进行球磨，球磨转速为400r/min，球磨时间为300min。按照10g：1mL将混合粉体与聚乙烯醇混合研磨至粒度均匀的干粉，随后将其放入钢制磨具中压制成型，成型块体置于马弗炉中800℃排胶并烧结1小时。将烧结后块体放入研钵中手动研磨，之后过80目筛，在110℃下烘干得二氧化铈掺杂羟基磷灰石粉体，备用。

[0045] 等离子体喷涂工艺制备陶瓷涂层：

[0046] 将Ti-6Al-4V合金表面进行喷砂处理(压强0.3MPa)后，在无水乙醇溶液中超声清洗2次，每次4分钟，然后在110℃干燥1小时，备用；

[0047] 采用等离子体喷涂工艺，将二氧化铈掺杂羟基磷灰石粉体喷涂到处理后的钛合金表面得到HA-CeO2-30wt％陶瓷涂层，厚度为150微米。其中，等离子体喷涂工艺参数如下：等离子体气体Ar流量为40slpm，等离子体气体H2流量为10slpm，混合粉体载气Ar流量为3.5slpm，喷涂距离为100mm，喷涂功率为42kW，送粉速率为18g·min-1，喷涂时间为12分钟。

[0048] 由图2所示的二氧化铈掺杂羟基磷灰石粉体与涂层的XRD图谱可见：涂层与粉体的组成结构没有发生明显变化，但喷涂后涂层中出现了部分非晶化现象，这是由于快速冷却过程中，部分熔融相未及时结晶所致。由图3可以看出涂层具有粗糙的表面形貌，表面粗糙的涂层材料在人体内有利于与骨组织结合。

[0049] 对比例1(仅喷涂羟基磷灰石粉体)

[0050] 等离子体喷涂工艺制备纯羟基磷灰石涂层

[0051] 将Ti-6Al-4V合金表面进行喷砂处理(压强0.3MPa)后，在无水乙醇溶液中超声清洗2次，每次4分钟，然后在110℃干燥1小时，备用；

[0052] 采用等离子体喷涂工艺，将纯羟基磷灰石粉体喷涂到处理后的钛合金表面得到纯HA陶瓷涂层，厚度约为100微米。其中，等离子体喷涂工艺参数如下：等离子体气体Ar流量为40slpm，等离子体气体H2流量为10slpm，混合粉体载气Ar流量为3.5slpm，喷涂距离为
100mm，喷涂功率为42kW，送粉速率为18g·min-1，喷涂时间为10分钟。

[0053] 涂层细胞相容性实验

[0054] 采用蒸汽灭菌器(121℃，30min)对涂层材料进行灭菌消毒，随后将其置于48孔细胞培养板中。收集生长状态良好的MC3T3-E1成骨细胞，消化并调整细胞悬液浓度至104个细胞/ml。1ml细胞悬浮液的混合溶液接种在HA-CeO2涂层材料表面和对照组钛片和HA涂层中。将细胞培养板置于37℃、5％CO2细胞培养箱中分别培养4和7天。作用相应时间后，弃去培养液，每孔中分别加入0.5ml新鲜培养液和0.05ml CCK-8溶液。细胞培养箱中继续培养3小时后，小心将各孔溶液吸出并加入96孔板中。通过酶标仪450nm处测量各孔的OD值。

[0055] 由图5可以看出HA-CeO2-30wt％和HA涂层组中细胞增殖速率明显优于钛片组，并且HA-CeO2-30wt％涂层组中细胞增殖速率最高，表明氧化铈掺杂羟基磷灰石涂层具有良好的细胞相容性。

[0056] 涂层抗氧化应激性能测试

[0057] 采用蒸汽灭菌器(121℃，30min)对涂层材料进行灭菌消毒，随后将其置于48孔细4
胞培养板中。收集生长状态良好的MC3T3-E1成骨细胞，消化并调整细胞悬液浓度至10个细胞/ml。利用PBS缓冲溶液将30％浓度的双氧水(H2O2)试剂稀释至0.5mM，取0.1ml H2O2和
0.9ml细胞悬浮液的混合溶液接种在HA-CeO2涂层材料表面和对照组钛片和HA涂层中，将未添加双氧水的细胞组作为空白对照组培养。通过H2O2干预体外培养的MC3T3-E1细胞，模拟氧化应激状态。将细胞培养板置于37℃、5％CO2细胞培养箱中分别培养4和7天(每次换液时继续添加相同浓度的H2O2)。作用相应时间后，弃去培养液，每孔中分别加入0.5ml新鲜培养液和0.05ml CCK-8溶液。细胞培养箱中继续培养3小时后，小心将各孔溶液吸出并加入96孔板中。通过酶标仪450nm处测量各孔的OD值。相对细胞增值率(％)＝(样品组吸光度值/空白组吸光度)*100。

[0058] 图6显示氧化应激状态下细胞增殖受到明显抑制，同时，HA-CeO2-30wt％涂层组中细胞增殖要优于钛片组和HA涂层组，表明CeO2的掺入能够减少H2O2溶液对细胞增殖的损伤，HA-CeO2-30wt％涂层对氧化应激状态下细胞增殖具有保护作用。

[0059] 实施例2

[0060] 烧结破碎法制备粉体。将二氧化铈粉、羟基磷灰石粉体和氧化锆研磨球按照10:90:200的质量比总共600g混合，放入聚四氟乙烯的研磨罐中，在行星球磨机中进行球磨，球磨转速为400r/min，球磨时间为300min。按照10g：1mL将混合粉体与聚乙烯醇混合研磨至粒度均匀的干粉，随后将其放入钢制磨具中压制成型，成型块体置于马弗炉中800℃排胶并烧结1小时。将烧结后块体放入研钵中手动研磨，之后过80目筛，在110℃下烘干得二氧化铈掺杂羟基磷灰石粉体，备用。

[0061] 等离子体喷涂工艺制备陶瓷涂层：

[0062] 将Ti-6Al-4V合金表面进行喷砂处理(压强0.3MPa)后，在无水乙醇溶液中超声清洗2次，每次4分钟，然后在110℃干燥1小时，备用；

[0063] 采用等离子体喷涂工艺，将二氧化铈掺杂羟基磷灰石粉体喷涂到处理后的钛合金表面得到HA-CeO2-10wt％陶瓷涂层，厚度为120微米。其中，等离子体喷涂工艺参数如下：等离子体气体Ar流量为40slpm，等离子体气体H2流量为10slpm，混合粉体载气Ar流量为-13.5slpm，喷涂距离为100mm，喷涂功率为42kW，送粉速率为18g·min ，喷涂时间为11分钟。

[0064] 由图7所示的二氧化铈掺杂羟基磷灰石粉体与涂层的XRD图谱可见：涂层与粉体的组成结构没有发生明显变化，但喷涂后涂层中出现了部分非晶化现象，这是由于快速冷却过程中，部分熔融相未及时结晶所致。由图8中可以看出涂层具有粗糙的表面形貌，表面粗糙的涂层材料在人体内有利于与骨组织结合。

[0065] 涂层细胞相容性实验

[0066] 采用蒸汽灭菌器(121℃，30min)对涂层材料进行灭菌消毒，随后将其置于48孔细胞培养板中。收集生长状态良好的MC3T3-E1成骨细胞，消化并调整细胞悬液浓度至104个细胞/ml。1ml细胞悬浮液的混合溶液接种在HA-CeO2涂层材料表面和对照组钛片和HA涂层中。将细胞培养板置于37℃、5％CO2细胞培养箱中分别培养4和7天。作用相应时间后，弃去培养液，每孔中分别加入0.5ml新鲜培养液和0.05ml CCK-8溶液。细胞培养箱中继续培养3小时后，小心将各孔溶液吸出并加入96孔板中。通过酶标仪450nm处测量各孔的OD值。

[0067] 由图9可以看出HA-CeO2-10wt％和HA涂层组中细胞增殖速率明显优于钛片组，且在第7天时HA-CeO2-10wt％涂层具有最高的细胞增殖速率，表明氧化铈掺杂羟基磷灰石涂层具有良好的细胞相容性。

[0068] 涂层抗氧化应激性能测试

[0069] 采用蒸汽灭菌器(121℃，30min)对涂层材料进行灭菌消毒，随后将其置于48孔细胞培养板中。收集生长状态良好的MC3T3-E1成骨细胞，消化并调整细胞悬液浓度至104个细胞/ml。利用PBS缓冲溶液将30％浓度的双氧水(H2O2)试剂稀释至0.5mM，取0.1ml H2O2和0.9ml细胞悬浮液的混合溶液接种在HA-CeO2涂层材料表面和对照组钛片和HA涂层中，将未添加双氧水的细胞组作为空白对照组培养。通过H2O2干预体外培养的MC3T3-E1细胞，模拟氧化应激状态。将细胞培养板置于37℃、5％CO2细胞培养箱中分别培养4和7天(每次换液时继续添加相同浓度的H2O2)。作用相应时间后，弃去培养液，每孔中分别加入0.5ml新鲜培养液和0.05ml CCK-8溶液。细胞培养箱中继续培养3小时后，小心将各孔溶液吸出并加入96孔板中。通过酶标仪450nm处测量各孔的OD值。相对细胞增值率(％)＝(样品组吸光度值/空白组吸光度)*100。

[0070] 图10显示氧化应激状态下细胞增殖受到明显抑制，同时，HA-CeO2-10wt％涂层组中细胞增殖要优于钛片组和HA涂层组，表明CeO2的掺入能够减少H2O2溶液对细胞增殖的损伤，HA-CeO2-10wt％涂层对氧化应激状态下细胞增殖具有保护作用。

[0071] 实施例3

[0072] 烧结破碎法制备粉体。将二氧化铈粉、羟基磷灰石粉体和氧化锆研磨球按照50:50:200的质量比总共600g混合，放入聚四氟乙烯的研磨罐中，在行星球磨机中进行球磨，球磨转速为400r/min，球磨时间为300min。按照10g：1mL将混合粉体与聚乙烯醇混合研磨至粒度均匀的干粉，随后将其放入钢制磨具中压制成型，成型块体置于马弗炉中800℃排胶并烧结1小时。将烧结后块体放入研钵中手动研磨，之后过80目筛，在110℃下烘干得二氧化铈掺杂羟基磷灰石粉体，备用。

[0073] 等离子体喷涂工艺制备陶瓷涂层：

[0074] 将Ti-6Al-4V合金表面进行喷砂处理(压强0.3MPa)后，在无水乙醇溶液中超声清洗2次，每次4分钟，然后在110℃干燥1小时，备用；

[0075] 采用等离子体喷涂工艺，将二氧化铈掺杂羟基磷灰石粉体喷涂到处理后的钛合金表面得到HA-CeO2-50wt％陶瓷涂层，厚度为170微米。其中，等离子体喷涂工艺参数如下：等离子体气体Ar流量为40slpm，等离子体气体H2流量为10slpm，混合粉体载气Ar流量为3.5slpm，喷涂距离为100mm，喷涂功率为42kW，送粉速率为18g·min-1，喷涂时间为13分钟。

[0076] 由图11所示的二氧化铈掺杂羟基磷灰石粉体与涂层的XRD图谱可见：涂层与粉体的组成结构没有发生明显变化，但喷涂后涂层中出现了部分非晶化现象，这是由于快速冷却过程中，部分熔融相未及时结晶所致。由图12中可以看出涂层具有粗糙的表面形貌，表面粗糙的涂层材料在人体内有利于与骨组织结合。

[0077] 涂层细胞相容性实验

[0078] 采用蒸汽灭菌器(121℃，30min)对涂层材料进行灭菌消毒，随后将其置于48孔细4
胞培养板中。收集生长状态良好的MC3T3-E1成骨细胞，消化并调整细胞悬液浓度至10个细胞/ml。1ml细胞悬浮液的混合溶液接种在HA-CeO2涂层材料表面和对照组钛片和HA涂层中。
将细胞培养板置于37℃、5％CO2细胞培养箱中分别培养4和7天。作用相应时间后，弃去培养液，每孔中分别加入0.5ml新鲜培养液和0.05ml CCK-8溶液。细胞培养箱中继续培养3小时后，小心将各孔溶液吸出并加入96孔板中。通过酶标仪450nm处测量各孔的OD值。

[0079] 由图13可以看出HA-CeO2-50wt％和HA涂层组中细胞增殖速率明显优于钛片组，表明氧化铈掺杂羟基磷灰石涂层具有良好的细胞相容性。

[0080] 涂层抗氧化应激性能测试

[0081] 采用蒸汽灭菌器(121℃，30min)对涂层材料进行灭菌消毒，随后将其置于48孔细胞培养板中。收集生长状态良好的MC3T3-E1成骨细胞，消化并调整细胞悬液浓度至104个细胞/ml。利用PBS缓冲溶液将30％浓度的双氧水(H2O2)试剂稀释至0.5mM，取0.1ml H2O2和0.9ml细胞悬浮液的混合溶液接种在HA-CeO2涂层材料表面和对照组钛片和HA涂层中，将未添加双氧水的细胞组作为空白对照组培养。通过H2O2干预体外培养的MC3T3-E1细胞，模拟氧化应激状态。将细胞培养板置于37℃、5％CO2细胞培养箱中分别培养4和7天(每次换液时继续添加相同浓度的H2O2)。作用相应时间后，弃去培养液，每孔中分别加入0.5ml新鲜培养液和0.05ml CCK-8溶液。细胞培养箱中继续培养3小时后，小心将各孔溶液吸出并加入96孔板中。通过酶标仪450nm处测量各孔的OD值。相对细胞增值率(％)＝(样品组吸光度值/空白组吸光度)*100。

[0082] 图14显示氧化应激状态下细胞增殖受到明显抑制，同时，HA-CeO2-50wt％涂层组中细胞增殖要优于钛片组和HA涂层组，表明CeO2的掺入能够减少H2O2溶液对细胞增殖的损伤，HA-CeO2-50wt％涂层对氧化应激状态下细胞增殖具有保护作用。