钛合金表面微纳米复合膜层的构建
探讨了在钛合金（Ti-6Al-4V）表面通过构建微纳米复合膜层后的湿润性、血液相容性、耐腐蚀性、抗菌性能。采用了微弧氧化、植酸、水热处理、和氟化处理等处理手段对样品进行有目的的处理。处理完成后形成微纳米陶瓷复合膜层与Ti6Al4V的原样进行了同条件的对比。通过扫描电子显微镜、血液相容性测试、血液相容性测试来观察样品表面的抗菌、血液相容性、抗腐蚀的性能，发现了钛合金的性能大幅度的提升。结果显示，TC4原样表面存在大量大肠杆菌菌落，而经过一系列的处理后形成的超疏水表面的细菌粘附的数量变少，说明样品的抗菌性能有着显著地提高。而经过最后的氟化处理之后样品表面成超疏水特性达到160°。 血小板粘附数量几乎消失，溶血率降低至1.58%，耐腐蚀性能得到了极大的提升。据此可以提高钛合金在临床医疗治疗上的应用比列。关键词 Ti6Al4V，超疏水，抗菌性，血液相容性，耐腐蚀性
目录
1 绪论 1
1.1 课题背景及意义 1
1.2 医用材料的起源 1
1.3 医用金属材料的分类及应用 2
1.4 钛合金及表面处理方法 3
1.5 微弧氧化的原理和影响因素 5
1.6 表面润湿性 6
1.7 研究内容 6
2 材料和方法 7
2.1 实验材料 7
2.2 实验仪器及设备 7
2.3 实验方法 8
3 结果 11
3.1 润湿性 11
3.2 EDS元素分析 12
3.3 血液相容性测试评价 14
3.4 抗菌性能 16
3.5 抗腐蚀性能 16
3.6 ATR分析 17
结 论 18
致 谢 19
参 考 文 献 20
1 绪论
1.1 课题背景及意义
当一种材料经过测试、研究和实验后被认证有具备成为医用植入体材料的资格或者说能力时，便对材料的本身性质提出了极大的要求，因为材料的材料本身的性能以及在人体中体现出来的特性严重的制约着该种材料的发展和升级。而在医疗金属材料中，相比较其他医 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
用金属材料，Ti6Al4V(TC4)合金拥有质量轻、比强度大、热稳定性高等精良的综合性能。但是依旧存在着一些制约因素，列如植入体植入人体后不可避免的与人体组织发生摩擦，引起磨损导致炎症的发生。而对于钛合金本身的性能也不是非常的优越：硬度偏低、易腐蚀、抑制细菌能力差。同时TC4自身含有的AL和V等有毒元素也会对人体产生损伤。这些情况严重制约了TC4在医用材料方面的应用。
为了满足医疗领域对于TC4的要求，可以对其进行表面的改性处理来获得微纳米复合膜层。一来微纳米复合膜层一定程度上可以防止有毒元素进入人体，降低植入体对于人体的伤害；二来微纳米复合膜层可以极大的提高TC4的表面性能，包括血液相容性、耐腐蚀性、耐磨损性、抗菌性等。为此，可以采用表面改性方法列如微弧氧氧化、水热、植酸在钛合金表面制备出微纳米复合膜层，随后在膜层表面进行氟化处理来提高基体材料生物相容性、耐腐蚀性和抗菌性以满足医用钛合金产品的要求。对于人类的医疗水平的健康生活有着重要的意义。
1.2 医用材料的起源
古时的人们就已经开始使用各种外界材料来修补损坏的人体组织，唐代会使用银汞合金来补牙，还会用象牙来修补损伤的骨组织，但是由于过于的昂贵使用的机率非常的低。而到了19世纪，由于人民的生产力得到了大幅度的提高，冶金制造业开始了蓬勃发展，在冶金过程中产生了各种各样的金属。于医疗方面便开始了这些新金属是否适用于医疗的研究，一旦发现可以，便进行改良型研究。所以发展制造了各式的金属及合金，用来治疗患有肿瘤，或者需要修补骨组织的病人。
当代意义上的生物医学材料源自于上世纪40年代中期，形成于20世纪80年代，由于极大的临床需求和科技进步，取得了巨大的成功。不仅拯救了不计其数的病人，心血管病，癌症，重大创伤的治愈率得到了极大的提高。它极大地改善了人类的医疗保健和生活质量。同时，它对现代医疗技术改革和医疗卫生制度的改革和改进起到了引导先驱的作用。现代医疗制度中，根据材料的组成和结构，生物医用材料可分为医用金属，医用聚合物，生物陶瓷，医用高分子复合材料，生物衍生物等。 本文重点研究医用金属材料。
1.3 医用金属材料的分类及应用
医用金属材料[1]必须严格满足如下的生物学要求：（1）优良的生物相容性（2）拥有稳定的化学和物理性能，不易与周围组织发生反应或者影响周围组织（3）材料易于加工成形，原料充足，要经济适用。
目前医用金属植入材料的包括医用贵金属、医用钛等纯金属，以及不锈钢、钴基合金、钛合金和磁性合金等。
1.3.1 医用贵金属
公元前七世纪，位于意大利的伊特鲁里亚人会将他们掉落或者松动的牙齿使用金线固定。在1530出版物中，建议用金箔来填充蛀牙。由此可见，使用贵金属作为医用材料并不是当今社会的产物，从古时就开始被人们广泛的使用。
贵金属及其合金材料具有稳定的物理特性、优秀的化学稳定性、良好的耐蚀性、抗蠕变性、对生物组织无毒害作用、低刺激性和美观性。可见贵金属的性能非常的优秀，但是由于其成本昂贵，医用贵金属的开发和使用受到阻碍。没有得到良好的生长。本研究由于资金限制，不会采用医用贵金属。
1.3.2 医用不锈钢
医用不锈钢在所有的用金属材料中是被使用最早的一类。目前在医疗上的应用也是非常的广阔。现代最早使用的不锈钢是不锈钢188，它的强度、抗腐蚀的能力都非常的卓越。而在188的基础上又开发出了不锈钢316L，降低了不锈钢碳含量至0.03%，更大的提高了不锈钢的抗腐蚀的性能。但是在临床应用上发现，不锈钢作为植入体进入体内后，有一定的机率会发生缝隙腐蚀、疲劳断裂的问题[2]。一旦发生首先植入体失效，与此同时不锈钢中的Cr等元素会对人体产生极大地危害。
但是不可否认的是，近年来低镍、无镍的医用不锈钢正逐渐得到非常大发展和应用。日本的科研团队研发了一种简易的生产无镍的不锈钢的方法。解决了之前由于无镍不锈钢生产成本过高，而不能大量投入市场的使用的问题[3]。但是医用不锈钢在生物相容性方面的表现依旧是不够理想，这次研究也不会采用医用不锈钢来作为样品材料。
1.3.3 医用钴基合金
医用钴基合金又称为钴铬合金，有两种基本类型：一类是钴铬钼合金材料，一般用于铸造生产；还有一类是钴镍铬钼合金材料，对于热锻，可锻钴铬钼合金已在牙科应用中使用了几十年，并成功地应用于人工关节在20世纪50年代。
目录
1 绪论 1
1.1 课题背景及意义 1
1.2 医用材料的起源 1
1.3 医用金属材料的分类及应用 2
1.4 钛合金及表面处理方法 3
1.5 微弧氧化的原理和影响因素 5
1.6 表面润湿性 6
1.7 研究内容 6
2 材料和方法 7
2.1 实验材料 7
2.2 实验仪器及设备 7
2.3 实验方法 8
3 结果 11
3.1 润湿性 11
3.2 EDS元素分析 12
3.3 血液相容性测试评价 14
3.4 抗菌性能 16
3.5 抗腐蚀性能 16
3.6 ATR分析 17
结 论 18
致 谢 19
参 考 文 献 20
1 绪论
1.1 课题背景及意义
当一种材料经过测试、研究和实验后被认证有具备成为医用植入体材料的资格或者说能力时，便对材料的本身性质提出了极大的要求，因为材料的材料本身的性能以及在人体中体现出来的特性严重的制约着该种材料的发展和升级。而在医疗金属材料中，相比较其他医 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
用金属材料，Ti6Al4V(TC4)合金拥有质量轻、比强度大、热稳定性高等精良的综合性能。但是依旧存在着一些制约因素，列如植入体植入人体后不可避免的与人体组织发生摩擦，引起磨损导致炎症的发生。而对于钛合金本身的性能也不是非常的优越：硬度偏低、易腐蚀、抑制细菌能力差。同时TC4自身含有的AL和V等有毒元素也会对人体产生损伤。这些情况严重制约了TC4在医用材料方面的应用。
为了满足医疗领域对于TC4的要求，可以对其进行表面的改性处理来获得微纳米复合膜层。一来微纳米复合膜层一定程度上可以防止有毒元素进入人体，降低植入体对于人体的伤害；二来微纳米复合膜层可以极大的提高TC4的表面性能，包括血液相容性、耐腐蚀性、耐磨损性、抗菌性等。为此，可以采用表面改性方法列如微弧氧氧化、水热、植酸在钛合金表面制备出微纳米复合膜层，随后在膜层表面进行氟化处理来提高基体材料生物相容性、耐腐蚀性和抗菌性以满足医用钛合金产品的要求。对于人类的医疗水平的健康生活有着重要的意义。
1.2 医用材料的起源
古时的人们就已经开始使用各种外界材料来修补损坏的人体组织，唐代会使用银汞合金来补牙，还会用象牙来修补损伤的骨组织，但是由于过于的昂贵使用的机率非常的低。而到了19世纪，由于人民的生产力得到了大幅度的提高，冶金制造业开始了蓬勃发展，在冶金过程中产生了各种各样的金属。于医疗方面便开始了这些新金属是否适用于医疗的研究，一旦发现可以，便进行改良型研究。所以发展制造了各式的金属及合金，用来治疗患有肿瘤，或者需要修补骨组织的病人。
当代意义上的生物医学材料源自于上世纪40年代中期，形成于20世纪80年代，由于极大的临床需求和科技进步，取得了巨大的成功。不仅拯救了不计其数的病人，心血管病，癌症，重大创伤的治愈率得到了极大的提高。它极大地改善了人类的医疗保健和生活质量。同时，它对现代医疗技术改革和医疗卫生制度的改革和改进起到了引导先驱的作用。现代医疗制度中，根据材料的组成和结构，生物医用材料可分为医用金属，医用聚合物，生物陶瓷，医用高分子复合材料，生物衍生物等。 本文重点研究医用金属材料。
1.3 医用金属材料的分类及应用
医用金属材料[1]必须严格满足如下的生物学要求：（1）优良的生物相容性（2）拥有稳定的化学和物理性能，不易与周围组织发生反应或者影响周围组织（3）材料易于加工成形，原料充足，要经济适用。
目前医用金属植入材料的包括医用贵金属、医用钛等纯金属，以及不锈钢、钴基合金、钛合金和磁性合金等。
1.3.1 医用贵金属
公元前七世纪，位于意大利的伊特鲁里亚人会将他们掉落或者松动的牙齿使用金线固定。在1530出版物中，建议用金箔来填充蛀牙。由此可见，使用贵金属作为医用材料并不是当今社会的产物，从古时就开始被人们广泛的使用。
贵金属及其合金材料具有稳定的物理特性、优秀的化学稳定性、良好的耐蚀性、抗蠕变性、对生物组织无毒害作用、低刺激性和美观性。可见贵金属的性能非常的优秀，但是由于其成本昂贵，医用贵金属的开发和使用受到阻碍。没有得到良好的生长。本研究由于资金限制，不会采用医用贵金属。
1.3.2 医用不锈钢
医用不锈钢在所有的用金属材料中是被使用最早的一类。目前在医疗上的应用也是非常的广阔。现代最早使用的不锈钢是不锈钢188，它的强度、抗腐蚀的能力都非常的卓越。而在188的基础上又开发出了不锈钢316L，降低了不锈钢碳含量至0.03%，更大的提高了不锈钢的抗腐蚀的性能。但是在临床应用上发现，不锈钢作为植入体进入体内后，有一定的机率会发生缝隙腐蚀、疲劳断裂的问题[2]。一旦发生首先植入体失效，与此同时不锈钢中的Cr等元素会对人体产生极大地危害。
但是不可否认的是，近年来低镍、无镍的医用不锈钢正逐渐得到非常大发展和应用。日本的科研团队研发了一种简易的生产无镍的不锈钢的方法。解决了之前由于无镍不锈钢生产成本过高，而不能大量投入市场的使用的问题[3]。但是医用不锈钢在生物相容性方面的表现依旧是不够理想，这次研究也不会采用医用不锈钢来作为样品材料。
1.3.3 医用钴基合金
医用钴基合金又称为钴铬合金，有两种基本类型：一类是钴铬钼合金材料，一般用于铸造生产；还有一类是钴镍铬钼合金材料，对于热锻，可锻钴铬钼合金已在牙科应用中使用了几十年，并成功地应用于人工关节在20世纪50年代。
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