鎳鈦合金表面氮化鈦陶瓷修飾及其生物相容性研究.pdf

1、鎳鈦合金具有良好的生物相容性，在心血管系統(tǒng)、泌尿系統(tǒng)、肝膽系統(tǒng)、氣管狹窄或軟化塌陷、以及生殖系統(tǒng)和眼科都有廣泛的應(yīng)用，但鎳鈦合金在硬度、耐腐、以及鎳離子溶出等方面還有很多不盡人意的地方。本文采用磁控濺射技術(shù)在鎳鈦合金片表面沉積制備氮化鈦陶瓷薄膜，以期提高鎳鈦合金的各方面性能。 本文研究了薄膜的機(jī)械性能和摩擦學(xué)性能，包括薄膜表面的納米硬度、摩擦系數(shù)、耐腐蝕性能等，研究了材料的鎳離子溶出情況，最后對材料的生物相容性進(jìn)行了評價(jià)。本文通

2、過X射線光電子能譜(XPS)和掃描電子顯微鏡(SEM)對材料及其鍍層的表面的結(jié)構(gòu)特征、微觀形貌進(jìn)行了分析研究；采用納米壓痕硬度計(jì)測試了材料及其鍍層的顯微硬度，用電化學(xué)腐蝕的方法檢測了材料及其鍍層在Hank's人工模擬體液中的耐腐蝕性能；用電感耦合高頻等離子體發(fā)射光譜(ICP-AES)測定了材料及鍍膜后的材料在Hank's人工模擬體液中的Ni離子溶出量；最后采用成纖維細(xì)胞、成骨細(xì)胞、血管平滑肌細(xì)胞等體外培養(yǎng)試驗(yàn)考察了材料及其鍍層表面細(xì)胞的

3、粘附、增殖、展布情況以及細(xì)胞的形態(tài)，對材料表面進(jìn)行了較為全面的生物相容性評價(jià)。 納米硬度測試表明：經(jīng)鍍膜修飾的樣品比未鍍膜的鎳鈦合金基底表面納米硬度有很大提高，鎳鈦合金的納米硬度約為6.5217GPa，而鍍了氮化鈦的材料硬度明顯提高，達(dá)到約28.9855Gpa，提高了約4.44倍。 摩擦磨損測試儀測試結(jié)果表明：經(jīng)鍍膜修飾的樣品摩擦系數(shù)比鎳鈦合金基底表面的摩擦系數(shù)大很多，說明鍍膜的樣品表面粗糙度比原基底要大，這更適合細(xì)胞的

4、生長。 掃描電鏡的結(jié)果更加有力的證明了上述結(jié)論，經(jīng)鍍膜修飾的樣品表面放大1000倍后可觀察到有密集的凸起顆粒，而相同倍數(shù)下原基底表面觀察不到任何東西，只有光滑的表面。 光電子能譜分析結(jié)果表明，用磁控濺射的方法在鎳鈦合金表面成功制備了氮化鈦薄膜，濺射后的樣品表面出現(xiàn)了N1s的特征主峰，位于398.7eV附近，表征著氮原子的存在，對其表面進(jìn)行鎳元素的窄區(qū)域高分辨細(xì)掃描，同時(shí)發(fā)現(xiàn)鎳的特征峰(853.4eV)消失。 電感

5、耦合高頻等離子體發(fā)射光譜的結(jié)果發(fā)現(xiàn)：在相同條件下，經(jīng)鍍膜修飾的樣品的鎳離子溶出量約是未鍍膜的鎳鈦合金的1/10，說明氮化鈦鍍層能有效地防止鎳鈦合金表面的鎳離子溶出。 耐腐蝕試驗(yàn)中，在37℃采用Hank's模擬體液作了循環(huán)伏安曲線和塔菲爾曲線，測試了鎳鈦合金本身及鍍膜樣品的基本電化學(xué)參數(shù)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明在Hank's模擬體液中，鍍膜樣品的穩(wěn)定性高于鎳鈦合金，顯示出很好的保護(hù)效果。 體外細(xì)胞培養(yǎng)的生物相容性評價(jià)中，成纖維細(xì)胞、

6、血管平滑肌細(xì)胞、成骨細(xì)胞、間充質(zhì)干細(xì)胞等在材料的表面都有良好的生長，但細(xì)胞在有氮化鈦鍍層的樣品表面比無鍍層的鎳鈦合金表面的生長程度更為旺盛，細(xì)胞形態(tài)也相對較好。 研究表明，用磁控濺射方法在鎳鈦合金表面沉積氮化鈦薄膜，使其表面結(jié)構(gòu)和性能發(fā)生了明顯的改變，表面硬度有明顯提高，在Hank's模擬體液中的抗腐蝕性能也顯著提高，另外鎳離子溶出也明顯的減少，體外細(xì)胞培養(yǎng)結(jié)果表明植入材料表面的生物相容性有顯著的改善，為其臨床應(yīng)用提供具有參考價(jià)