生物医用材料结课论文生物医用材料的表面改性

生物医用材料结课论文生物医用材料的表面改性生物医用材料结课论文生物医用材料的表面改性 生物医用材料的表面改性材料科学与工程材科11301徐得立13132207 29摘要目前使用的各种生物医用材料中 没有一种能完全满足临床 使用的所有要求 生物医用材料植入人体后 材料表面最先直接与组织 细胞相接触 相作用 因此 材料表面性质相当重要 而且表面性质的不同还将影响细胞 吸附 增值 分化等一系列反应 为了满足临床的需要现已发展了机械 物理 化学三种生物医用材 料表面改性方法 来改变表面的化学成分和结构或者在原材料表面 形成另外一层物质来改变其特性 只改变材料表面特性而不影响材 料整体性能 改性后的表面一般呈现生物惰性或生物活性 具有更好的生物相容 性 抗腐蚀性 耐磨性等 关键词生物医用材料表面改性生物活性生物相容性1引言本文主要对 生物医用材料表面改性的几种方法进行了综述 并对表面改性在生 物医用方面的应用作出了展望 2生物医用材料的机械表面改性机械表面改性包括机械表面加工和表 面处理 机械表面加工的目的是大道零件要求的尺寸 形状 精度和特性 而机械表面处理是表面处理前的预备工序 包括喷丸和光亮化 喷丸处理是一种在生物医用材料表面改性领域应用广泛非常有效的 表面改性技术 喷丸采用的喷丸颗粒化学性很稳定 不会对植入材料有不良生理反 应 常用的喷丸颗粒如SiO2 Al2O2和SiC 3生物医用材料的物理表面改性3 1低温等离子体表面改性低温等离 子体表面改性包括等离子体溅射沉积 等离子体注入 等离子体聚 合 等离子体接枝 等离子体喷射 目前采用等离子体表面改性技术的医用植入材料和器械包括整体关 节替换 人工骨 牙科植入体 人造心脏阀 血管支架 人造血管 眼内透镜 人造角膜和人造导管 低温等离子体表面改性的主要目的是减少摩擦阻力 提高生物相容 性 增进生物活性或生物惰性 增强抗腐蚀性 3 2激光表面处理激光表面改性利用激光的高辐射强度 高方向性 高单色性特点作用于金属或合金材料表面 这种先进方法今年在生 物医用领域中的应用得到了广大发展 激光束聚焦后在焦点附近产生上万度高温 能使绝大部分材料达到 熔点 显著改善材料表面性能 如硬度强度耐磨性和耐腐性 通过激光表面熔凝 熔覆脉冲激光沉积 合金化与材料相互作用 具有能量密度高 非接触式加热 热影响区小 工艺可控性好便于 电子操控等显著优点 4生物医用材料的化学表面改性4 1溶胶 凝胶法溶胶 凝胶法是指金属有机或无机化合物经过溶液 溶胶 凝胶而固化 再经过热处理而形成氧化物或者其他化合物固体的方法 这种方法的优点是纯度高 均匀度好 可有效控制薄膜成分和微观 结构 低温易操作 工艺设备简单 可以大面积在各种不同形状 不同材料的基体上制备薄膜 甚至可以在粉末材料的表面制备一层 包覆膜等 是目前制备无机薄膜普遍采用的一种方法 有机醇盐水解法是溶胶 凝胶技术中应用最广泛的一种方法 常采用金属醇盐为前驱体溶于溶剂 水或有机溶剂 中形成均匀的 溶液 溶质与溶剂间发生谁解惑醇解反应 反应生成物聚集成几到 几十纳米的粒子并形成溶胶 以金属醇盐为前驱体的溶胶 凝胶过程包括水解和缩聚两个过程 反应生成物是各尺寸和结构的 胶体颗粒 反应过程如下 水解反应M OR n xH2O M OH OR n x xROH 缩聚反应脱水缩聚 M OH OH M M O M H2O脱醇缩聚 M OR OH M M O M ROH4 2电化学方法采用电化学方法对生物医用材料进行表面改性主 要包括电化学抛光 电化学沉积 电泳沉积以及阳极氧化法 4 2 1电化学抛光电化学抛光去除表面原有的氧化层 形成新的化学 均匀性好的薄氧化层 电化学抛光比机械抛光及其他表面精密加工更优异 效率高 表面 无加工硬化层 耐腐蚀 外观美等优点 金属医用材料如不锈钢 钛合金及贵金属等都可以进行电化学抛光 电化学抛光是金属阳极溶解的过程 一般包括下述一种或几种反应 金属离子溶入电解液中Me Me n ne 阳极表面生成钝化膜Me 2OH MeO H2O 2e 气态氧的析出4OH O2 2H2O 4e 电解液中各组分在阳极表 面的氧化 如图经过激光加工处理过的支架表面 在切割处支架内外表面都有 大量残渣和氧化皮 表面相当粗糙 不符合临床要求 因此必须经 过表面处理 a b c 图4 211激光切割后的316L VM支架的SEM照片 a 切割区 b 切割外表面 c 切割内表面 如下图经过电化学抛光后的支架表面 无论切割处还是内外表面都 非常光滑 a b c d 图4 212电化学抛光后的316L VM支架的SEM照片 a 整体支架 b 切割区域 c 外表面 d 内 表面支架4 2 2电化学沉积传统的电化学沉积工艺主要用于工件表面 的金属和合金的沉积 增加工件表面的抗腐蚀能力 赋予特殊的物 理和化学性能 现代科学技术的电化学沉积反占到新型薄膜和新型 结构 在生物医用材料表面改性方面拥有广泛的应用 4 23电泳沉积电泳沉积是悬浮于溶液中的带电粒子在电场作用下发 生定向移动并沉积于金属表面的现象 金属 陶瓷 有机材料等都 可以采用电泳沉积方法 4 24阳极氧化法通过阳极氧化方法在金属表面形成致密氧化膜或具 有生物活性的钙磷层可以明显的改良合金的耐腐蚀 耐摩擦和生物 活性 4 3化学气相沉积化学气相沉积是利用气态物质在固体表面进行化学 反应 生成固态沉积物的工艺过程 它一般包括三个步骤产生挥发性物质 将挥发性物质运输到沉积去 与基体上发生化学反应而生成固体产物 由此获得的涂层具有结合力高 绕镀性好等优点 等离子增强化学气相沉积 PECVD 利用射频 直流或微波放电 使 反应气体等离子化 具有更广泛的应用领域和前景 结论目前应用于生物医用材料得表面改性技术 主要是通过等离子 注入或电化学方法在基体表面制备生物惰性薄膜 提高植入材料的 抗腐蚀性和生物相容性 其中金属及其合金材料表面改性在生物医用材料方面的发展十分重 要 由于人体内的生理环境相当复杂 在今后的科研中 我们需要 对比各种材料及材料表面改性的方法 需要综合考虑采用多种方法 一起进行改性 提高生物医用材料的生物相容性 我们要开创临床应用的新领域 为建设中国特色社会主义奋斗终生 参考文献1吴瑜光 张通和 粒子束医用生物聚合物材料改性研究 J 北京师范大学学报 自然科学版 xx 38 41 44 2陈俊英 杨萍 冷永祥等 医用Ta5 掺杂TiO2生物薄膜材料的合 成与性能研究 J 中国生物医学工程学报 xx 21 411 416 3DELIGIANNI DD KATSALA N LADAS S et al Effect ofsurface roughnessof thetitanium alloyTi 6Al 4V onhuman bonemarrow cellresponse andprotein adsorption J Biomaterials xx 22 1241 1251 4肖梅 毛福明 凌一鸣 低温等离子体对血管内金属支架的表 面改性 J 真空科学与技术 xx 23 182 186 5黄平 憨勇 徐可为 用微弧氧化技术处理医用钛合金表面的 研究 J 稀有金属材料与工程 xx 31 308 311 6Cui ZD Man HC Yang XJ Surf CoatTechn xx 192 347 7吕晓迎 包翔 陆慧琴等 基于基因表达芯 片技术和生物信息学方法的金属离子细胞毒性机理初步研究 M xx年中国材料研究会文集 北京 xx 157 8刘敬肖 杨大智 徐久军 等 材料研究学报 xx 15 4 446 9Morra M et al Organic surfacechemistry onTitanium surfaceVia thinfilm deposition J BiomedMater Res 1997 37198 10曾晟宇 赵乃勤 崔振铎等 金属生物材料表面改性研究的进展 材料保护 2000 3