【摘 要】
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NiTi合金因其弹性模量与人骨接近,并具有独特的形状记忆效应和超弹性,被广泛应用于医用植入材料。特别是在接骨板方面,如股骨髓内接骨板、环抱接骨板、髌骨骨折接骨板等。但是NiTi合金接骨板作为连接固定、保持骨折正常愈合的器件,在人体内与骨头及人体体液接触时,不可避免的会产生磨损腐蚀导致Ni毒性离子的释放,而且术后感染会带来愈合困难,使疗程延长。这将影响着NiTi合金在人体内的长期使用。为进一步提高N
【基金项目】
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中国国家自然科学基金(51401108)
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NiTi合金因其弹性模量与人骨接近,并具有独特的形状记忆效应和超弹性,被广泛应用于医用植入材料。特别是在接骨板方面,如股骨髓内接骨板、环抱接骨板、髌骨骨折接骨板等。但是NiTi合金接骨板作为连接固定、保持骨折正常愈合的器件,在人体内与骨头及人体体液接触时,不可避免的会产生磨损腐蚀导致Ni毒性离子的释放,而且术后感染会带来愈合困难,使疗程延长。这将影响着NiTi合金在人体内的长期使用。为进一步提高NiTi合金的耐摩擦、耐腐蚀性能,抑制Ni离子释放和改善NiTi合金的抑菌性能,以使其能更好的满足接骨板的要求,增强NiTi合金植入人体后的安全性问题和抑菌活性。本文首先采用阴极等离子体电解沉积技术(CPED)在医用NiTi合金表面沉积一层Ti(C,N)-Ti O2陶瓷膜层,然后再使用恒电位沉积技术(PD)在陶瓷膜层的表面沉积一层带有抑菌功效的聚吡咯(PPy)聚合物膜层。采用XRD、XPS、ATR-FTIR、SEM和EDS对膜层的相组成、形貌及成分进行了表征分析,并对其摩擦磨损性能、耐腐蚀性能、Ni离子释放行为、抑菌行为进行了研究。结果表明两种方法联用制备的复合膜层Ti(C,N)-Ti O2/PPy厚度约为110μm。阴极等离子体电解沉积产生的多孔Ti(C,N)-Ti O2陶瓷膜层改善了合金的综合性能,陶瓷膜层孔隙为后续聚合物的沉积提供“铆接”效应,增强了聚合物膜层的附着力,并且也有利于形成致密的聚吡咯膜层。与陶瓷膜层相比,复合膜层具有更优异的摩擦性能,其摩擦系数和磨损率分别仅为基体的12.5%和4%。由恒电位沉积得到的聚吡咯膜层填充了内层陶瓷膜层的孔隙,减少了腐蚀介质进入的通道,使腐蚀电流密度较基体降低了两个数量级,提高了耐蚀性。与单层陶瓷膜层相比,双层膜层更显著的降低了Ni离子的平均释放速率,其数值仅为未涂覆合金的1.5%。此外,当在恒电位沉积的电解液中分别加入Ag NO3、壳聚糖和Ag NO3-壳聚糖后,分别得到Ti(C,N)-Ti O2/PPy-Ag、Ti(C,N)-Ti O2/PPy-CHI和Ti(C,N)-Ti O2/PPy-CHI-Ag复合膜层,它们均显示出了对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌优良的抑制效果,其中同时添加壳聚糖和Ag NO3后,制备得到复合膜层抑菌效果最好。对于大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌率相比于基体的22%、38%,上升到了88%、94%。
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