塊體納米晶體鈦表面生物改性薄膜研究.pdf

1、醫(yī)用金屬支架是目前治療血管狹隘的主要器械,制作血管支架材料如不銹鋼、鈷合金和鈦合金等均不能完全滿足臨床使用要求。不銹鋼中Ni元素存在溢出現(xiàn)象,易誘發(fā)腫瘤；鈦合金中V、Al等元素會引起惡性組織反應(yīng)；鈷合金支架植入人體后存在再狹隘的危險。因此,開發(fā)新一代生物性能更優(yōu)異的人體介入材料成為研究熱點。近年來,納米晶體鈦(NG-Ti)具有無毒、比強度高、低彈性模量、優(yōu)良的生物活性和血液相容性,在人工關(guān)節(jié)、血管支架等領(lǐng)域被認(rèn)為是最有應(yīng)用前景的生物材料

2、。
　　 對醫(yī)用金屬材料進行表面改性處理,可以提高其生物安全性和生物相容性。金紅石型TiO2薄膜具有優(yōu)良的生物活性、耐腐蝕性、耐磨損性和優(yōu)異的抗凝血性能。本文以NG-Ti對表層薄膜具有奇異的納米誘導(dǎo)效應(yīng)為鍥入點,采用直流反應(yīng)磁控濺射技術(shù)室溫在NG-Ti表面制備金紅石型TiO2薄膜、摻Ta-TiO2薄膜、Mg／TiO2薄膜和Ar等離子體改性金紅石型TiO2薄膜,系統(tǒng)研究了薄膜的微結(jié)構(gòu)、力學(xué)性能、生物摩擦學(xué)性能及生物相容性。

3、　　 鈦基材微結(jié)構(gòu)納米化后,NG-Ti對表層TiO2薄膜具有顯著“室溫誘導(dǎo)金紅石相形核效應(yīng)”；NG-Ti顯著改善表層TiO2薄膜的沉積速率、膜／基界面結(jié)合力、耐磨損性能、生物活性和血液相容性。在本底真空度5.5×10-5pa,濺射功率200W,濺射時間120min,總氣壓1.4Pa,氧分壓0.23Pa～0.35Pa,襯底溫度為室溫,靶基距70mm條件下,采用直流磁控濺射技術(shù)在NG-Ti表面能獲得接近單一金紅石型TiO2薄膜,且薄膜晶粒

4、細(xì)小、致密,為典型的納米疇微結(jié)構(gòu)特征。
　　 Ta的摻入會細(xì)化TiO2薄膜晶粒且抑制金紅石相生成；摻8wt.％Ta的TiO2薄膜具有最優(yōu)的抗凝血性能,當(dāng)摻Ta量為29wt.％時,TiO2薄膜由金紅石相轉(zhuǎn)變?yōu)闊o定形結(jié)構(gòu),因抑制金紅石相形成反而惡化其血液相容性；摻Ta-TiO2薄膜在以淬火鋼球為對摩件(φ4mm)、室溫模擬人體體液條件下,其磨損速率在10-6mm3.m-1·N-1～10-5mm3·m-1·N-1級；隨鉭含量的增加,薄

5、膜的摩擦系數(shù)和磨損率呈先降低后增加的趨勢,其中摻22wt.％Ta-TiO2薄膜具有最低的摩擦系數(shù)(0.20)和磨損率(1.5×10-6mm3·m-1·N-1)。
　　 預(yù)制Mg中間層后,NG-Ti表面TiO2薄膜結(jié)構(gòu)由金紅石相轉(zhuǎn)變?yōu)镸gTiO3、Ti2O3和少量金紅石相,TiO2薄膜沿Mg膜晶界生長成微米級團簇,團簇內(nèi)部具有納米疇特征,TiO2薄膜的凝血時間從17min提高到40min,其界面結(jié)合力從17N提高到36N。