據悉，來自韓國科學技術院(KIST)的一組研究團隊開發了一種技術，隻需一個(ge) 小時即可誘導人造骨塗層。這樣的工藝以前需要一天的時間，並且需要數十個(ge) 步驟。而該新技術無需在單獨的過程中合成用於(yu) 人造骨塗層的原材料，並且可以使用納秒級激光創建塗層，而無需任何昂貴的設備或熱處理。

　　基於(yu) 鈦的骨固定裝置由於(yu) 其優(you) 異的機械性能和生物相容性，通常被用來治療人的骨折。為(wei) 了進一步增強骨傳(chuan) 導性能，鈦通常塗有羥基磷灰石(hydroxyapatite, HAp)，它是骨骼的主要無機成分。與(yu) 沒有HAp塗層的材料相比，有HAp塗層的材料往往表現出更好的生物相容性、成骨能力和骨傳(chuan) 導性。各種HAp塗層方法包括溶膠-凝膠塗層、浸塗、電化學沉積、電泳沉積、等離子噴塗、濺射塗層、熱等靜壓和仿生塗層已經被開發出來了。但是，大多數現有方法都需要單獨的HAp塗層合成工藝。溶膠-凝膠、浸塗和仿生塗層工藝不需要初步合成工藝，但是它們(men) 需要耗時的反應，可持續數次天，並且由於(yu) 它們(men) 較差的塗層粘附強度而難以在臨(lin) 床實踐中使用。

　　在這項研究中，來自韓國科學技術院(Korea Institute of Science and Technology, KIST)的研究人員介紹了一種在單個(ge) 工藝中同時合成和塗覆HAp以形成HAp的方法。該塗覆方法涉及在包含鈣和磷酸的前體(ti) 溶液中將激光脈衝(chong) 照射到浸沒的金屬或聚合物樣品上，從(cong) 包含鈣和磷酸根離子的溶液中合成HAp，並且由於(yu) 表麵熔化同時形成塗層在經過激光處理的表麵上。通過控製激光照射條件，觀察到了不同數量和厚度的HAp塗層。更重要的是，通過激光誘導單步塗層（LISSC）工藝形成的HAp層具有很高的塗層強度，足以用於(yu) 醫療用途。

　　▲激光誘導單步塗層誘導羥基磷灰石合成，HAp-基底混合熔融層和HAp塗層形成過程的示意圖。在圖中，綠色和紅色圓圈表示“ Ca2 +”和“ PO43”。離子。圖片來源：韓國科學技術院（KIST）

　　使用納秒激光在一步工藝中進行HAp合成和塗覆

　　▲圖解：a）用改良的磷灰石塗層溶液（MACS）和納秒激光通過激光誘導單步塗層（LISSC）工藝在鈦表麵形成的羥基磷灰石塗層示意圖。b）羥基磷灰石（HAp）塗層表麵的橫截麵的SEM圖像。c）在MACS溶液中通過激光輻射形成羥基磷灰石核和塗層的示意圖。d）在各種激光條件下經過表麵處理的樣品的光學圖像，以及在激光處理中使用的“激光束路徑”。e）在激光發射條件下具有受控量的羥基磷灰石形成的塗層的SEM圖像。f）根據激光發射條件比較HAp形成麵積（％）。“ P”和“ L”分別表示電源和環路。數據代表平均值±s.d。

　　為(wei) 了證實LISSC方法為(wei) 何能提供塗層的高粘合強度，研究人員使用透射電子顯微鏡（TEM）進行了結構和元素分析（下圖a）。塗層由三層組成：1）HAp位於(yu) 上側(ce) ，主要由鈣和磷組成；2）鈦位於(yu) 下側(ce) （下圖b）；3）在HAp-鈦界麵處觀察到的中間層，其中HAp和鈦成分混合並同時出現（下圖c-e和圖S9）。可以注意到，中間層提高了塗層強度。

　　
▲圖解：a）用於(yu) 分析塗層結構的樣品製備過程的示意圖。b）HAp塗層橫截麵的BSE圖像（紅色虛線-TEM分析區域）。c）元素映射結果的示意圖。d）使用TEM-HAADF進行橫截麵電子顯微鏡圖像和元素圖分析。e）合並元素映射結果。

　　圖S9. 表麵塗層的橫截麵TEM分析圖像。使用HAADF進行元素映射和合並圖像（左下）

　　通過實驗，韓國科學技術院生物材料中心的Hojeong Jeon博士的研究小組宣布，他們(men) 開發的人工骨塗層，其粘附強度是傳(chuan) 統塗層材料的三倍。

　　這種新方法形成比目前臨(lin) 床應用的少數人工骨塗層技術具有更強結合力的塗層。該工藝不僅(jin) 在金屬表麵但是甚至在諸如整形外科塑料植入物的聚合物材料的表麵上，這在傳(chuan) 統工藝中是不可能的。

　　▲圖解：a）用於(yu) 評估每個(ge) 表麵上細胞粘附的示意圖。b）附著在Ti，P10-L50和P10-L100表麵的成骨細胞的熒光顯微鏡圖像; 核（藍色），F-肌動蛋白（橙色）。

　　為(wei) 了減少工藝中涉及的步驟數量並確保堅固的塗層，Jeon博士的團隊將要塗層的材料放置在含有鈣和磷（骨骼的主要成分）的溶液中，並用激光照射。在激光器的目標位置以局部方式升高溫度，引起涉及鈣和磷的反應，從(cong) 而生成陶瓷人造骨（羥基磷灰石）並形成塗層。

　　與(yu) 傳(chuan) 統的塗層方法不同，人造骨成分的合成是通過激光誘導的，並且將基材表麵加熱到熔點以上。人造骨材料吸附在融化的表麵上並變硬，從(cong) 而使結合強度最大化。

　　Jeon博士說：“使用納秒激光的羥基磷灰石塗層方法是一種在非生物活性材料（如通常用作生物材料的鈦和PEEK）中誘導生物活性的簡單方法。我預計它將通過改變它而改變遊戲規則將廣泛應用於(yu) 需要骨整合的各種醫療設備。”