鈦表面改性及其血液相容性研究.pdf

1、鈦及其合金相對于其他傳統(tǒng)的醫(yī)用金屬材料而言，由于具有良好的力學(xué)性能、生物相容性、耐腐蝕性和優(yōu)異的加工性能，已成為最具有發(fā)展前景的生物材料之一。但是鈦及其合金畢竟是一種生物惰性材料，植入體內(nèi)后被一層包囊纖維膜所包繞，難于和生物組織形成牢固的結(jié)合，而且由于鈦合金中含有其他對人體有害的化學(xué)成分，植入體內(nèi)會有生物體致敏、致突變、致癌等現(xiàn)象。因此，研究開發(fā)既能夠充分發(fā)揮鈦及其合金優(yōu)異性能，又能夠賦予其生物活性的生物材料成為當(dāng)前國內(nèi)外研究的熱點之一

2、。本文首先用等離子體化學(xué)氣相沉積法和液相等離子體滲碳氮技術(shù)進(jìn)行鈦材料表面薄膜的制備，然后再對其表面進(jìn)行生化改性設(shè)計，以提高其抗凝血性能。 (1)以純鈦為基體，Ar等離子體對基體進(jìn)行清洗，使用乙炔和氬氣利用化學(xué)氣相沉積法制備類金剛石(DLC)膜。考察了乙炔比例、放電功率等沉積參數(shù)對DLC膜的影響。衰減全反射紅外光譜(ATR-FTIR)中2885cm<'-1>對應(yīng)于sp<'3> CH<,3>對稱振動吸收，2992cm<'-1>對應(yīng)于

3、sp<'2> CH<,2>烯烴振動吸收；Raman光譜中在1360cm<'-1>和1550cm<'-1>處分別出現(xiàn)了D峰和G峰；X射線光電子能譜(XPS)圖中僅含碳元素；原子力顯微鏡(AFM)圖分析表明表面形貌發(fā)生了變化。這些測試結(jié)果表明：表面鍍了一層類金剛石薄膜。腐蝕性實驗結(jié)果顯示：鍍膜前后鈦的耐腐蝕性能較純鈦有所改善；接觸角測量值沉積薄膜前后有所增大；溶血性實驗，復(fù)鈣時間的測定、動態(tài)凝血實驗和血小板黏附實驗結(jié)果表明：鈦表面鍍DLC膜

4、有助于提高材料的抗凝血性能。 (2)以純鈦為基體，利用液相陰極等離子體滲碳氮的方法在鈦表面沉積鈦碳氮薄膜?？疾炝瞬煌烹婋娏骱筒煌幚頃r間對膜的影響。X射線衍射(XRD)圖中出現(xiàn)了鈦碳氮的衍射峰，證明表面有鈦碳氮生成，并且電流越強(qiáng)，時間越長，峰的強(qiáng)度越大，即電流和時間的增大會增加薄膜的厚度； XPS圖中含有鈦、碳、氮元素再次說明表面陶瓷相鈦碳氮的生成。另外，XPS分析結(jié)果表明其表面還含有氧元素，可能的原因為：不論在空氣中還是溶液

5、中鈦均極易與氧化合；截面場發(fā)射掃描電鏡(FESEM)圖中顯示：120min滲碳氮處理后，膜的厚度約有60μm，充分證明這種方法的高效性。并且能譜(EDX)測量結(jié)果表明：膜中不含有氧，而且碳氮比為為1：2，與XPS中的結(jié)果一致，進(jìn)一步證明了C<,0.3>N<,0.7>Ti膜材料鈦碳氮鍵的生成；掃描電鏡(SEM)圖中看到表面呈多孔狀結(jié)構(gòu)；腐蝕性實驗和硬度實驗都表明，其耐腐蝕性和硬度較純鈦均有所提高。溶血性實驗、復(fù)鈣時間的測定、動態(tài)凝血實驗和

6、血小板黏附實驗結(jié)果表明：純鈦表面經(jīng)滲碳氮處理后，有助于提高材料的抗凝血性能。 (3)以鍍有DLC膜的鈦為基體，利用氧等離子體對其進(jìn)行預(yù)處理，在無光引發(fā)劑的條件下，紫外照射化學(xué)鍵合聚丙烯酰胺(PAAm)。鍵合有PAAm的表面在微酸性條件下再與聚乙二醇進(jìn)行醇解，將聚乙二醇固定于表面。利用正交實驗探討了等離子體預(yù)處理功率、預(yù)處理時間、單體AAm的濃度和紫外照射時間對比表面聚合PAAm的影響，確定最佳條件為：等離子體預(yù)處理功率為10W，

7、預(yù)處理時間為5min，單體AAm的濃度為30 wt．％，而紫外照射的時間為50min。通過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變化。XPS、ATR-FHR和AFM分析表明: PAAin和PEG分別依次固定在DLC膜表面，實現(xiàn)了無機(jī)材料和有機(jī)材料結(jié)合。采用血小板黏附實驗對材料的抗凝血性能進(jìn)行評價，實驗結(jié)果表明被修飾過的DLC膜抗凝血性能顯著提高?？鼓饔玫母纳瓶赡芨鶧LC膜表面鍵合一層

8、親水性有機(jī)物和聚乙二醇低聚物的空間阻抗阻止蛋白的吸附有關(guān)。 (4)以滲碳氮后的鈦為基體，結(jié)合分子組裝思想，首先在表面先結(jié)合一層四氯化硅，然后在聚乙二醇的丙酮溶液中進(jìn)行分子組裝。XPS和SEM分析結(jié)果表明，聚乙二醇成功地鍵合于材料表面。 (5)以滲碳氮后的鈦為基體，利用固相合成多肽的原理，在鈦碳氮膜表面固定肽鏈。首先在滲碳氮后的鈦表面鍵合3-乙氧基丙胺基硅烷，然后逐級利用氨基和羧基反應(yīng)鍵合甘氨酸和苯丙氨酸，XPS和SEM測