论文摘要
钛及其合金相对于其他传统的医用金属材料而言，由于具有良好的力学性能、生物相容性、耐腐蚀性和优异的加工性能，已成为最具有发展前景的生物材料之一。但是钛及其合金毕竟是一种生物惰性材料，植入体内后被一层包囊纤维膜所包绕，难于和生物组织形成牢固的结合，而且由于钛合金中含有其他对人体有害的化学成分，植入体内会有生物体致敏、致突变、致癌等现象。因此，研究开发既能够充分发挥钛及其合金优异性能，又能够赋予其生物活性的生物材料成为当前国内外研究的热点之一。本文首先用等离子体化学气相沉积法和液相等离子体渗碳氮技术进行钛材料表面薄膜的制备，然后再对其表面进行生化改性设计，以提高其抗凝血性能。（1）以纯钛为基体，Ar等离子体对基体进行清洗，使用乙炔和氩气利用化学气相沉积法制备类金刚石（DLC）膜。考察了乙炔比例、放电功率等沉积参数对DLC膜的影响。衰减全反射红外光谱（Am-FTIR）中2885cm-1对应于sp3CH3对称振动吸收，2992cm-1对应于sp2CH2烯烃振动吸收；Raman光谱中在1360cm-1和1550cm-1处分别出现了D峰和G峰；X射线光电子能谱（XPS）图中仅含碳元素；原子力显微镜（AFM）图分析表明表面形貌发生了变化。这些测试结果表明：表面镀了一层类金刚石薄膜。腐蚀性实验结果显示：镀膜前后钛的耐腐蚀性能较纯钛有所改善；接触角测量值沉积薄膜前后有所增大；溶血性实验，复钙时间的测定、动态凝血实验和血小板黏附实验结果表明：钛表面镀DLC膜有助于提高材料的抗凝血性能。（2）以纯钛为基体，利用液相阴极等离子体渗碳氮的方法在钛表面沉积钛碳氮薄膜。考察了不同放电电流和不同处理时间对膜的影响。X射线衍射（XRD）图中出现了钛碳氮的衍射峰，证明表面有钛碳氮生成，并且电流越强，时间越长，峰的强度越大，即电流和时间的增大会增加薄膜的厚度；XPS图中含有钛、碳、氮元素再次说明表面陶瓷相钛碳氮的生成。另外，XPS分析结果表明其表面还含有氧元素，可能的原因为：不论在空气中还是溶液中钛均极易与氧化合；截面场发射扫描电镜（FESEM）图中显示：120min渗碳氮处理后，膜的厚度约有60μm，充分证明这种方法的高效性。并且能谱（EDX）测量结果表明：膜中不含有氧，而且碳氮比为为1∶2，与XPS中的结果一致，进一步证明了C0.3N0.7Ti膜材料钛碳氮键的生成；扫描电镜（SEM）图中看到表面呈多孔状结构；腐蚀性实验和硬度实验都表明，其耐腐蚀性和硬度较纯钛均有所提高。溶血性实验、复钙时间的测定、动态凝血实验和血小板黏附实验结果表明：纯钛表面经渗碳氮处理后，有助于提高材料的抗凝血性能。（3）以镀有DLC膜的钛为基体，利用氧等离子体对其进行预处理，在无光引发剂的条件下，紫外照射化学键合聚丙烯酰胺（PAAm）。键合有PAAm的表面在微酸性条件下再与聚乙二醇进行醇解，将聚乙二醇固定于表面。利用正交实验探讨了等离子体预处理功率、预处理时间、单体AAm的浓度和紫外照射时间对比表面聚合PAAm的影响，确定最佳条件为：等离子体预处理功率为10W，预处理时间为5min，单体AAm的浓度为30 wt．％，而紫外照射的时间为50min。通过XPS、ATR-FIIR和AFM研究了聚合PAAm膜前后和醇解前后的表面性能和表面形貌的变化。XPS、ATR-FTIR和AFM分析表明：PAAm和PEG分别依次固定在DLC膜表面，实现了无机材料和有机材料结合。采用血小板黏附实验对材料的抗凝血性能进行评价，实验结果表明被修饰过的DLC膜抗凝血性能显著提高。抗凝血作用的改善可能跟DLC膜表面键合一层亲水性有机物和聚乙二醇低聚物的空间阻抗阻止蛋白的吸附有关。（4）以渗碳氮后的钛为基体，结合分子组装思想，首先在表面先结合一层四氯化硅，然后在聚乙二醇的丙酮溶液中进行分子组装。XPS和SEM分析结果表明，聚乙二醇成功地键合于材料表面。（5）以渗碳氮后的钛为基体，利用固相合成多肽的原理，在钛碳氮膜表面固定肽链。首先在渗碳氮后的钛表面键合3-乙氧基丙胺基硅烷，然后逐级利用氨基和羧基反应键合甘氨酸和苯丙氨酸，XPS和SEM测试结果分析表明，氨基酸逐级联结于材料表面，实现了材料表面固定肽链。
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标签：医用金属材料论文; 等离子体化学气相沉积论文; 液相等离子体渗碳氮论文; 表面改性论文; 血液相容性论文;