碳離子注入對AZ31鎂合金的抗腐蝕性和細胞相容性的影響研究.pdf

1、鎂及其合金（Mg/MgA）除具備可降解性外，又因彈性模量、密度等與骨組織相近，并且生物相容性能良好，因此有可能成為理想的生物降解型植入體材料。而且鎂在地球上所有元素中儲量占第八位，因此在醫(yī)學領域中的應用得到了廣泛關注。但是Mg/MgA在血液和含氯離子濃度較高的體液中降解速率過快，并且降解過程產(chǎn)生的大量氫氣，不利于骨組織愈合而限制了其臨床應用。
　　等離子體浸沒離子注入與沉積系統(tǒng)（簡稱PⅢ）是將元素單質(zhì)電離為離子形式后再通過電場加速

2、形成高能粒子束射入基板之中的一種表面改性方法。此方法能夠影響基材的摩擦磨損性能、抗菌性、耐腐蝕性、表面物理屬性等。具有高效、不改變其厚度、無物理條件要求、適用元素廣泛等特點。本研究采用離子注入法，在AZ31鎂合金表面注入不同劑量的碳離子，以期改善其耐腐蝕性能和細胞相容性。
　　目的：通過碳離子注入法對AZ31MgA進行改性，并研究其改性對耐腐蝕性能和細胞相容性的影響。
　　方法：首先用砂紙和絨布進行AZ31MgA表面打磨和拋

3、光，再將打磨拋光后的AZ31MgA放入靶室，設置引出電壓為25kV左右，并分別設置離子注入劑量為1×1018ions/cm2、1.5×1018ions/cm2和2×1018ions/cm2，最后將制備后的樣品抽真空密封。利用掃描電鏡觀察改性對AZ31MgA表面形貌的影響，表面張力儀測定樣品表面疏水性大小，應用輝光放電儀檢測各元素原子百分比隨注入深度的變化。Raman分析碳元素原子結合方式。基材表面化學組成與離子狀態(tài)通過XPS進行表征。使

4、用電化學測試和析氫實驗檢測AZ31表面耐腐蝕性能。MTT實驗探究C-PⅢ AZ31MgA的細胞相容性。
　　結果：AZ31MgA表面注入碳元素后，掃描電鏡下表面呈現(xiàn)納米級別的顆粒狀物質(zhì)覆蓋與基材表面。張力儀檢測顯示表面疏水性增加。濃度深度和能譜儀均顯示表面碳元素占比增高。Raman結果為改性AZ31基片表層是一層無定形碳膜。XPS展示sp2雜化鍵為優(yōu)勢鍵。動電位極化曲線顯示，離子注入量為C-2MgA(C-2AZ31)顯示出腐蝕電位

5、最高(-1.137V vs.Ag/AgCl)及腐蝕電流密度最低(2.432×10-6A/cm2)。與未進行離子注入的AZ31MgA相比，離子注入量為2×1018ions/cm2的MgA腐蝕電位正移大約250mV，腐蝕電流密度值降低了約30倍。析氫實驗顯示，與其他實驗組相比，C-2組產(chǎn)生的氫氣總量為7.98ml，腐蝕率最慢。細胞毒性實驗則觀察到培養(yǎng)1，4，7天后MC3T3-E1細胞活性值均大于陰性對照組的80％(P<0.05)。