医用钛表面纳米结构构建及性能

cityboy

由于具有优良的机械性能和生物相容性，钛在临床上被广泛用作硬组织植入材料。在体内，钛植入体首先通过表面与人体环境接触，因此其表面结构和组成对植入体生物学性能具有重要影响。采用表面改性手段对钛表面进行结构和组成调控，优化其生物学性能，已成为生物医用材料领域一大研究热点。 本论文采用双氧水水热处理方法和等离子体浸没离子注入/沉积（PIII&D）技术，对医用钛进行表面改性。通过优化钛表面的形貌和化学组成，改善了钛的生物活性，并对其表面润湿性进行调控，获得了超疏水表面。论文的主要结果如下： 1. 利用双氧水水热处理方法对钛进行表面改性，调控水热处理参数可在钛表面构建锯齿状和棒状纳米结构，其相组成均为锐钛矿相和金红石相的混晶；在模拟体液中，钛表面的改性层能诱导磷灰石沉积，具有良好生物活性；大鼠骨髓间充质干细胞BMSCs在改性钛表面能很好地黏附、铺展、增殖以及向成骨方向分化。 2. 利用PIII&D技术在钛表面进行钽注入、钽镀膜以及氧化钽镀膜，可在钛表面形成含钽及其氧化物的改性层；钽PIII&D改性钛表面形成稳定致密的钝化层，该钝化层中含有多种钛氧化物和钽氧化物，耐腐蚀性更佳的钽氧化物使钛的耐腐蚀性能提高；在模拟体液中，钽PIII&D改性钛表面能诱导类骨羟基磷灰石生成，显示良好生物活性；钽PIII&D改性没有降低钛良好的生物相容性，细胞可以在改性钛表面较好的黏附、生长与增殖。 3. 采用化学方法在钛表面预先构建纳米线网络结构，然后利用乙炔（C2H2）PIII&D在具有纳米线网络结构的钛表面沉积类金刚石碳（DLC）薄膜，获得的薄膜具有层状微结构，拉曼光谱证实其具有DLC的特征D峰和G峰；通过调节实验参数可调控DLC膜的表面形貌，并进一步调控材料表面的润湿性；研究发现样品的高疏水性与其表面形貌，包括孔大小和孔隙率等有重要关系，而与DLC膜的化学成键状况（如ID/IG和sp2/sp3值）有次要关系；通过在具有合适纳米结构的样品表面进行四氟化碳（CF4）注入，可在样品表面引入氟元素，从而获得具有超疏水特性的钛表面。