磁控濺射TiN-Ag抗菌納米復(fù)合膜制備及其性能研究.pdf

1、在外科置換手術(shù)后,細(xì)菌感染引發(fā)的炎癥是臨床上亟待解決的問題。不銹鋼是最常用的植入人體材料，對(duì)不銹鋼進(jìn)行表面抗菌處理使其自身帶有殺菌消炎功能是解決術(shù)后細(xì)菌感染的一步重要的策略。TiN和Ag分別具有優(yōu)良的力學(xué)性能和抗菌特性，兩者復(fù)合對(duì)不銹鋼表面功能化性抗菌處理具有重要意義。
　　本文利用磁控濺射系統(tǒng)，在不銹鋼表面沉積TiN/Ag納米復(fù)合膜，通過調(diào)控薄膜Ag的含量和退火溫度使其滿足抗菌、耐磨等特性。利用X射線電子能譜儀、掃描電鏡、X射線

2、衍射儀、掃描探針顯微鏡、X射線光電子能譜表征薄膜組織結(jié)構(gòu)和價(jià)態(tài)；利用納米壓痕儀、摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)、劃痕儀、電化學(xué)工作站、視頻潤濕角測試儀表征薄膜性能；通過對(duì)大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的抗菌率、抑菌圈、抗粘附性和Ag離子溶出情況分析評(píng)價(jià)薄膜抗菌性能。最后通過MTT細(xì)胞毒性試驗(yàn)來測試薄膜生物相容性。結(jié)果表明：
　　(1)通過磁控濺射成功沉積出Ag含量分別為0at％、1.21at%、3.30at%、6.87at%的TiN/Ag納米復(fù)合膜。隨

3、著Ag含量的增加，薄膜晶粒細(xì)化，粗糙度明顯降低，TiN(111)晶面擇優(yōu)取向增強(qiáng)；XPS表明Ti的價(jià)態(tài)符合TiN，薄膜主要以TiN和Ag單質(zhì)的形式存在；薄膜硬度、模量和彈性變形能力在Ag含量1.21at%時(shí)顯著增加，最大分別達(dá)到26.2GPa、394.0GPa，之后又逐漸降低；薄膜的摩擦系數(shù)隨著Ag含量的增加逐漸降低，最低達(dá)到0.326；磨損率和潤濕性先升高后下降，但整體遠(yuǎn)比不銹鋼基體要小的多；膜基結(jié)合力，在Ag含量1.21at%時(shí)急劇

4、下降，又顯著提升；薄膜耐蝕性，在Ag含量1.21at%時(shí)先明顯增加后有所降低；薄膜對(duì)大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的抗菌性能和抑菌圈都明顯增大，當(dāng)Ag含量為6.87at%時(shí)，薄膜對(duì)這兩種細(xì)菌都能達(dá)到100%的抗菌功效；薄膜對(duì)大腸桿菌和金黃色葡萄球菌抗粘附性大大提高，當(dāng)Ag含量達(dá)到3.30at%時(shí)，薄膜對(duì)這兩類細(xì)菌的抗粘附行為達(dá)到了100%；隨著Ag含量的增加薄膜Ag離子溶出量不斷增加；30天浸泡后，只有Ag含量為6.87at%的薄膜達(dá)到100

5、%抗菌，其余的薄膜都失去了抗菌功效；薄膜72h內(nèi)細(xì)胞毒性級(jí)別為0~1，但當(dāng)薄膜Ag含量達(dá)到6.87at%，隨著細(xì)胞培養(yǎng)時(shí)間的延長，其細(xì)胞增值率有所下降，仍然無任何細(xì)胞毒；細(xì)胞形態(tài)與陰性照組基本相同，但是當(dāng)Ag含量達(dá)到6.87at%時(shí)，對(duì)應(yīng)的細(xì)胞數(shù)量相比陰性對(duì)照組要少一些，并且也沒有大量出現(xiàn)正在分裂的子細(xì)胞。
　　(2)對(duì)Ag含量為6.87at%的TiN/Ag納米復(fù)合膜依次進(jìn)行真空退火處理300℃、400℃、500℃、600℃。隨著