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纳米晶体钛表面生物改性薄膜TiO_2制备研究

作　者: 赵光伟
导　师: 邵红红
学　校: 江苏大学
专　业: 材料学
关键词: TiO2薄膜 直流磁控溅射 纳米晶体钛 生物相容性 生物活性
分类号: TB383.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 93次
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内容摘要


在生物医用金属材料中,目前用于血管支架制作的主要有生物医用不锈钢、钛合金和钴合金。然而,这些材料都不能完全满足临床使用要求,如不锈钢中Ni元素存在溢出现象,对人体存在安全隐患,易诱发肿瘤;钛合金中V元素会引起恶性组织反应;临床应表明钴合金支架植入后存在再狭窄的危险等问题。因此,开发性能更优异的人体介入材料成为研究热点。近年来随着研究的深入发展,纳米晶体钛以其杰出的综合性能为解决以上问题提供了有利条件,但其生物学性能（生物活性、生物相容性等）尚需进一步提升。研究表明,二氧化钛薄膜的抗凝血性能明显超过临床应用的热解碳,其常用制备方法有溶胶-凝胶、微弧氧化和磁控溅射等。由于溶胶-凝胶法得到的TiO2薄膜的膜厚均匀度难于控制;微弧氧化法在薄膜沉积过程中瞬间温度可达到3000℃以上,会对纳米钛晶体结构造成破坏并导致其性能恶化。因此,为进一步提高纳米晶体钛的生物活性和生物相容性,本文采用直流磁控溅射法在纳米晶体钛表面以较低的温度制备二氧化钛薄膜对其进行表面生物改性。通过扫描电子显微镜（SEM）和X射线衍射（XRD）分析,系统研究了直流磁控溅射工艺参数对TiO2薄膜表面形貌与结构的影响;应用摩擦磨损实验仪和划痕仪对薄膜的力学性能进行研究;并采用模拟人体体液（SBF）浸泡实验、动态凝血时间实验和血小板黏附实验对薄膜的生物活性和生物相容性进行检测。研究结果表明,薄膜最佳制备工艺参数为:功率160W,总气压1.0Pa,时间2.5h,基片温度125℃,O2/Ar比1:3以及靶基距80mm。在此工艺下制备的TiO2薄膜结构为锐钛矿相和金红石相的混合物,薄膜晶粒细小致密,摩擦系数仅为0.08左右,且薄膜与纳米晶体钛基体结合力达到73N。模拟人体体液中诱导羟基磷灰石能力、动态凝血时间与血小板黏附实验结果从优到劣依次为:纳米晶体钛表面二氧化钛薄膜＞传统钛表面二氧化钛薄膜＞纳米晶体钛＞传统钛。因此,采用直流磁控溅射二氧化钛薄膜对纳米晶体钛和传统钛进行表面改性可显著提高二者的生物活性和生物相容性,且前者获得的生物性能优于后者。

全文目录


摘要  5-7
ABSTRACT  7-11
第一章 绪论  11-23
  1.1 生物医用材料概述  11-12
    1.1.1 生物医用材料概念  11
    1.1.2 生物医用材料的分类  11-12
  1.2 常见生物医用金属材料  12-14
    1.2.1 医用不锈钢及其局限性  12
    1.2.2 医用钴合金及其局限性  12
    1.2.3 医用钛及钛合金的性能和应用  12-13
    1.2.4 医用钛及钛合金研究进展  13-14
    1.2.5 纳米晶体钛的生物表面改性  14
  1.3 TiO_2薄膜结构与特性  14-17
    1.3.1 TiO_2的结构  14-16
    1.3.2 TiO_2抗凝血性能机理  16-17
  1.4 TiO_2薄膜常用制备方法  17-21
    1.4.1 液相制备方法  17-18
    1.4.2 物理制备方法  18-21
  1.5 本课题研究的目的、意义及研究内容  21-23
    1.5.1 本课题研究的目的和意义  21
    1.5.2 本课题研究的内容  21-23
第二章 实验过程  23-31
  2.1 实验设备及材料  23-27
    2.1.1 磁控溅射设备及原理  23-24
    2.1.2 参数与工艺流程制定  24-25
    2.1.3 材料准备与薄膜制备  25-27
  2.2 TiO_2薄膜分析与测试方法  27-28
    2.2.1 成分与形貌分析  27
    2.2.2 力学性能测试  27-28
  2.3 生物性能评价  28-31
    2.3.1 生物活性评价  29
    2.3.2 生物相容性评价  29-31
第三章 磁控溅射参数对TiO_2薄膜形貌、结构的影响  31-43
  3.1 功率对薄膜形貌、结构的影响  31-33
    3.1.1 薄膜形貌的变化  31-33
    3.1.2 薄膜晶型结构的变化  33
  3.2 溅射时间对薄膜形貌的影响  33-36
  3.3 总气压对薄膜形貌的影响  36-39
  3.4 溅射温度对薄膜影响  39-43
    3.4.1 薄膜形貌的变化  39-41
    3.4.2 晶型的变化  41-43
第四章 薄膜力学性能分析  43-50
  4.1 薄膜摩擦磨损机理  43-45
  4.2 薄膜的摩擦磨损性能  45-47
  4.3 TiO_2薄膜与纳米Ti基体结合力  47-49
  4.4 薄膜的厚度  49-50
第五章 TiO_2薄膜生物性能  50-57
  5.1 TiO_2薄膜生物活性  50-53
  5.2 TiO_2薄膜生物相容性  53-57
    5.2.1 溶血试验结果讨论  53-55
    5.2.2 血小板黏附试验结果讨论  55-57
第六章 结论  57-58
致谢  58-59
参考文献  59-63
在学期间发表的论文目录  63

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中图分类: > 工业技术 > 一般工业技术 > 工程材料学 > 特种结构材料
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