公示项目三
奖 种：国家自然科学奖
项目名称（中文名）：生物涂层高性能化的结构设计与相关机理研究
主要完成单位：西安交通大学、第四军医大学
主要完成人：憨勇（西安交通大学）、徐可为（西安交通大学）、张玉梅（第四军医大学）、郭大刚（西安交通大学）
项目简介：
涉及金属表面改性学及生物医用材料，属于材料科学与工程的前沿领域。针对金属基骨、牙和关节等人体硬组织修复用种植体，本项目系统研究了羟基磷灰石(HA)、 氧化钛、氧化锆及其复合涂层的温和制备机理、活化机理、生物与力学行为，为高性能生物活性涂层的构建奠定结构设计理论依据和技术机理。主要发现点如下：
1. 揭示了电结晶沉积钙磷涂层的机理及其组态演变规律，发现了非HA钙磷涂层的碱液处理原位转变效应，阐明了水热合成将非HA钙磷涂层转变为HA涂层的热力学与动力学机制、及其晶体生长模式与残余应力变化特征，为获得纳米结晶形态、低残余应力和高结合强度稳定性的HA涂层提供了温和制备理技术机理。
2．提出了抑制羟基磷灰石涂层在体液环境中结合强度退化的残余应力设计准则，揭示了涂层表面能对成骨细胞附着和铺展的作用效应，阐明了HA中锶掺杂对细胞响应的作用效应及对新骨形成的促进作用，为获得具有良好结合强度稳定性和生物活性的HA涂层提供了残余应力和结构组态设计依据。
3．揭示出微弧氧化所形成的氧化钛涂层具有纳米结晶、低弹性模量与高变形能力等独特特征，建立了氧化钛及氧化锆涂层的紫外光致诱发生物活化方法，阐明了紫外光辐照增强涂层-细胞交互作用的机理。为获得纳米结晶、多孔形态、高硬度、结合强度和化学稳定性的氧化物生物活性涂层提供了理论基础和技术原理。
4．创立了在钛合金表面合成TiO2-CaTiO3复相涂层、HA/TiO2-CaTiO3双层涂层等新型生物活性涂层的微弧氧化技术，发现了CaTiO3对复相涂层呈生物活性的关键作用并阐明了其作用机理，揭示了双层涂层中HA形成的等离子电化学过程机制。为获得多相复合的新型生物活性涂层提供了理论基础和活化机理。
5．揭示了微弧氧化在钛、锆、镁及其合金表面形成Ti(CxN1-x)、Al2O3-ZrO2、Mg2Zr5O12-ZrO2等异质复相涂层的机理，拓展了微弧氧化技术及其改性金属的应用范畴。
本项目在Biomaterials、Acta Biomaterialia、J. Biomed. Mater. Res.、 Electrochem. Commun.、Surf. Coat. Technol.等国际生物医用材料和表面改性领域主流杂志发表SCI收录论文90篇。20篇核心论文的他引总次数为916次，其中SCI他引738次；8篇代表性论文的他引总次数为458次，其中SCI他引364次；核心论文16被ESI收录为世界材料科学领域高引用论文（Highly Cited Papers)。研究成果得到了学术同行的广泛引用，也得到多位欧美及国内材料专家的高度评价；如，美国矿物金属与材料学会表面工程分会主席、田纳西大学N.B. Dahotre教授，美国内布拉斯加大学—林肯分校J. Redepenning 教授，圣安东尼奥大学J.L. Ong教授，华盛顿州立大学A Bandyopadhyay教授，加利福尼亚大学洛杉矶分校T. Ogawa教授，Surf. & Coat. Techn.主编、英国霍尔大学A. Matthews教授，Mater. Sci. Eng. R副主编、香港城市大学Paul K. Chu教授，德国维尔茨堡大学U. Gbureck教授等。部分研究成果获得2005年陕西省科学技术奖一等奖及2009年陕西省科学技术奖二等奖。
主要论文专著目录
代表性论文专著目录（不超过8篇）
序号 论文专著名称/
刊名/ 作者 影响因子 年卷页码
（xx年xx卷xx页） 发表时间
年 月 日 通讯作者 第一作者 国内作者 SCI他引次数 他引总次数
1 Characterization and stability of hydroxyapatite coatings prepared by electrodeposition and alkaline -treatment process / J. Biomed. Mater. Res. / Y. Han，T. Fu，J. Lu，K.W. Xu 3.652 2001年54卷96-101页 2001年1月15日 憨勇 憨勇 47 58
2 Morphology and composition of hydroxyapatite coatings prepared by hydrothermal treatment on electrodeposited brushite coatings / J. Mater. Sci. Mater. Med./ Y. Han, K.W. Xu, J.Lu 2.316 1999年10 卷 243-248页 1999年4月1日 憨勇 憨勇 45 52
3 Surface analyses and biological behavior of micro-arc oxidation and hydrothermally treated titanium/ J. Biomed. Mater. Res. Part A / Y.M. Zhang, P. Huang, Y.M. Zhao, Y. Han, M. Traisnel, K.W. Xu, H.F. Hildebrand 2.625 2004年68A卷 383-391页 2004年2月1日 张玉梅 张玉梅 38 43
4 Development of a Strontium containing hydroxyapatite bone cemen/ Biomaterials/ D.G. Guo, K.W. Xu, X.Y. Zhao, Y. Han 7.404 2005年26:卷4073-4083页 2005年7月1日 徐可为 郭大刚 53 67
5 Porous nanocrystalline titania films by plasma electrolytic oxidation/ Surf. Coat. Technol. / Y. Han, S.H. Hong, K.W. Xu 1.867 2002年154卷314-318页 2002年5月15日 S.-H. Hong 憨勇 49 75
6 UV-light enhanced bioactivity and cell response of micro-arc oxidized titania coatings / Acta Biomateriallia / Y. Han, D.H. Chen, J.F. Sun, Y.M. Zhang, K.W. Xu 4.865 2008年 4卷 1518-1529页 2008年9月15日 憨勇 憨勇 22 25
7 Structure and in vitro bioactivity of titania-based films by micro-arc oxidation/ Surf. Coat. Technol/ Y. Han, S.-H. Hong, K.W. Xu 1.867 2003年168卷249-258页 2003年5月22日 憨勇 憨勇 89 113
8 Formation mechanism of HA-based coatings by micro-arc oxidation/ Electrochem Commun / Y. Han Y, J.F. Sun, X. Huang 4.859 2008年 10卷 510-513页 2008年4月1日 憨勇 憨勇 21 25
核心论文专著目录（不超过20篇，含上述全部代表性论文专著）
序号 论文专著名称/
刊名/作者 影响因子 年卷页码
（xx年xx卷xx页） 是否国内完成 SCI他引次数 他引
总次数
1 Characterization and stability of hydroxyapatite coatings prepared by electrodeposition and alkaline -treatment process / J. Biomed. Mater. Res. / Y. Han，T. Fu，J. Lu，K.W. Xu 3.652 2001年54卷96-101页 是 47 58
2 Morphology and composition of hydroxyapatite coatings prepared by hydrothermal treatment on electrodeposited brushite coatings / J. Mater. Sci. Mater. Med./ Y. Han, K.W. Xu, J.Lu 2.316 1999年10 卷 243-248页 是 45 52
3 Surface analyses and biological behavior of micro-arc oxidation and hydrothermally treated titanium/ J. Biomed. Mater. Res. Part A / Y.M. Zhang, P. Huang, Y.M. Zhao, Y. Han, M. Traisnel, K.W. Xu, H.F. Hildebrand 2.625 2004年68A卷 383-391页 是 38 43
4 Development of a strontium containing hydroxyapatite bone cement/ Biomaterials/ D.G. Guo, K.W. Xu, X.Y. Zhao, Y. Han 7.404 2005年26:卷4073-4083页 是 53 67
5 Porous nanocrystalline titania films by plasma electrolytic oxidation/ Surf. Coat. Technol / Y. Han, S.H. Hong, K.W. Xu 1.867 2002年154卷314-318页 是 49 75
6 UV-light enhanced bioactivity and cell response of micro-arc oxidized titania coatings / Acta Biomateriallia / Y. Han, D.H. Chen, J.F. Sun, Y.M. Zhang, K.W. Xu 4.865 2008年 4卷 1518-1529页 是 22 25
7 Structure and in vitro bioactivity of titania-based films by micro-arc oxidation. / Surf. Coat. Technol./ Y. Han, S.-H. Hong, K.W. Xu 1.867 2003年168卷249-258页 是 89 113
8 Formation mechanism of HA-based coatings by micro-arc oxidation/ Electrochem Commun / Han Yong, Sun Jifeng, Huang Xin 4.859 2008年 10卷 510-513页 是 21 25
9 A study of the process and kinetics of electrochemical deposition and the hydrothermal synthesis of hydroxyapatite coatings / J Mater Sci Mate Med/ L.Y. Huang, K.W. Xu, J.Lu 2.316 2000年11卷667-673页 是 42 48
10 Evaluation of nano-structured carbonated hydroxyapatite coatings formed by a hybrid process of plasma spraying and hydrothermal synthesis. / J. Biomed. Mater. Res. / Han Y，Xu KW，Fu T，Lu J. 3.652 2002年60卷511-516页 是 16 17
11 Dissolution response of hydroxyapatite coatings to residual stresses. /J. Biomed. Mater. Res. / Han Y, Lu J, Xu KW. 3.652 2001年 55卷596-602页 是 14 16
12 Synthesis of nanocrystalline titania films by micro-arc oxidation. / Mater. Lett./ Han Y, Hong SH, Xu KW. 2.307 2002, 56(5): 744-747 是 32 58
13 Photo-excited formation of bone apatite-like coating on micro-arc oxidized titanium/ J. Biomed. Mater. Res. Part A / Han Y, Xu KW. 2.625 2004年71卷608-614页 是 22 29
14 Ultraviolet-enhanced bioactivity of MAO-formed ZrO2 film/ Thin Solid Films / Han Yong, Yan Yuanyuan, Lu Chunguo. 1.890 2009年517卷1577-1581页 是 13 13
15 Bioactivity and osteoblast response of the micro-arc oxidized zirconia films. / J. Biomed. Mater. Res. Part A. /Han Yong, Yan Yuanyuan, Lu Chunguo, Zhang Yumei, Xu Kewei. 2.625 2009年88卷117-127页 是 13 15
16 Biomimetic apatite coatings on micro-arc oxidized titania / Biomaterials / W.H. Song, Y.K. Jun, Y. Han, S.H. Hong 7.404 2004年25卷3341-3349页 否 137 165
17 Hydroxyapatite coatings prepared by micro-arc oxidation in Ca- and P-containing electrolyte/ Surf. Coat. Technol./J.F. Sun, Y. Han, X. Huang 1.867 2007年201卷5655-5658页 是 12 16
18 Porous nanocrystalline Ti(CxN1-x) thick films by plasma electrolytic carbonitriding./ Electrochem. Commun./ Li XM, Han Y. 4.859 2006年8 卷267-272页 是 19 23
19 Formation of Al2O3-ZrO2 composite coating on zirconium by micro-arc oxidation./ Scripta Materialia,/ Yan Yuanyuan, Han Yong, Juanjuan Huang. 2.699 2008年59卷203-206页 是 16 17
20 Characterization and properties of the MgF2/ZrO2 composite coatings on magnesium prepared by micro-arc oxidation./ Surf Coat Technol / Mu WY, Han Y. 1.867 2008年202卷4278-4284页 是 38 41
合 计 738 916
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