本文關鍵詞：醫(yī)用316L不銹鋼表面納米結構的構建及改性研究

  更多相關文章： 316L不銹鋼(316LSS) 納米結構 有序 納米Se SiO_2點陣 抗菌

【摘要】：316L不銹鋼(316LSS)由于具有良好的生物相容性、力學性能及耐腐蝕性,而被廣泛應用于矯形外科植入物、牙種植體及冠狀動脈支架等醫(yī)學領域。但其性能仍存在不足,如不具備生物活性和抗菌性能等。生物材料植入人體后往往引起細菌感染,造成植入體松動、脫落,導致植入手術失敗。因此需要對其進行表面改性,以提高其生物學性能。電化學陽極氧化法能夠在316LSS表面構筑大面積有序納米坑陣列,并且可以利用這種納米坑狀結構來負載活性物質(zhì),從而賦予316LSS更好的生物學性能。近期研究表明,納米Se具有抗菌性能,因此將納米Se引入到316LSS表面,就可能賦予316LSS良好的抗菌性能。研究表明,含Si的生物材料具有良好生物活性,在體內(nèi)能夠誘導類骨磷灰石沉積。因此設計制備納米Si O2/316LSS,可能賦予316LSS更好的生物學性能。本文首先通過電化學陽極氧化法在316LSS表面構筑有序納米坑陣列結構,然后以有序納米坑陣列為載體,負載納米Se顆粒,并研究了納米Se/316LSS的體外抗菌性能及細胞相容性;接著以有序納米坑陣列為載體,構筑納米Si O2點陣,并進一步研究了納米Si O2/316LSS體外誘導類骨磷灰石沉積的能力。最后通過兩步法(電化學陽極氧化法結合鹽酸腐蝕法)在316LSS表面構筑了雙重納米結構,采用十七氟癸基三甲氧基硅烷(PTES)對其表面進行修飾,繼而研究了材料的體外抗菌性能。得到如下結論:采用電化學陽極氧化法制得316LSS表面納米坑陣列,X射線光電子能譜儀(XPS)結果顯示,納米坑表面氧化膜表面化學組成主要為Fe2O3、Cr2O3。場發(fā)射掃描電鏡(FESEM)結果表明,在30V(13min)、40V(10min)所制備的316LSS表面納米坑陣列有序,呈正六邊形排布,分布均勻,納米坑直徑大小均一,納米坑直徑分別為49±6nm、62±8nm。當電壓進一步上升(50V、60V、70V),納米坑排布的有序性開始下降。采用氧化還原模板法制得納米Se/316LSS。X射線能譜分析(EDS)結果顯示,材料表面引入了納米Se顆粒,XPS分析結果顯示,Se主要為零價;FESEM結果表明:納米Se顆粒均勻分布在316LSS表面納米坑內(nèi),與40V下所制備的納米坑直徑基本一致,納米Se顆粒大小均一,粒徑為58±10nm。體外抗菌性抗菌實驗結果顯示:經(jīng)過24h培養(yǎng)后,納米Se/316LSS對大腸桿菌(E.coli)和金黃色葡萄球菌(S.aureus)的黏附抑菌率分別為89%±1%為90%±1%;延長培養(yǎng)時間(48h,72h),抑菌率下降。體外細胞實驗表明:培養(yǎng)1d、3d、7d后,人臍靜脈血管內(nèi)皮細胞(HUVEC)在316LSS表面納米坑陣列及納米Se/316LSS增殖能力均高于空白對照組,與空白對照組有顯著差異(p0.01)。采用溶膠-凝膠模板法在316LSS表面制得納米Si O2點陣(納米Si O2/316LSS)。FESEM結果表明,Si O2納米顆粒能均勻填充在316LSS表面納米坑陣列中,與40V所制備的納米坑直徑基本一致,Si O2納米顆粒直徑為60±3nm,該Si O2點陣呈有序排列。X射線衍射(XRD)結果顯示,Si O2為非晶態(tài)。體外模擬體液(SBF)浸泡實驗表明,納米Si O2/316LSS具有良好的生物活性,在SBF中浸泡14天后,傅里葉變換紅外光譜(FTIR)結果表明,材料表面誘導沉積了類骨磷灰石。采用兩步法(電化學陽極氧化法結合鹽酸腐蝕法)在316LSS表面構筑了雙重納米結構,進一步采用PTES進行修飾,構筑了316LSS疏水表面。FESEM結果顯示,在316LSS表面構筑了雙重納米結構,納米坑直徑為86±12nm,納米小顆粒的直徑為17±4nm,傅里葉變換紅外光譜(FTIR)結果表明,PTES成功修飾在了316LSS表面,316LSS表面的接觸角由76°±3°提高至106°±4°�？咕鷮嶒灲Y果表明:經(jīng)過24h培養(yǎng),抗菌性能有一定的提高。以上研究結果顯示,通過電化學陽極氧化法在316LSS表面構筑了有序納米坑陣列,并負載生物活性物質(zhì),分別提高了316LSS的抗菌性能與生物活性;通過兩步法(電化學陽極氧化法結合鹽酸腐蝕法)在316LSS表面構筑了雙重納米結構,進而修飾PTES,賦予316LSS疏水性能,提高了其抗菌性能。316LSS的改性制備有望為金屬材料表面的進一步改性研究提供實驗和理論依據(jù)。
【關鍵詞】：316L不銹鋼(316LSS) 納米結構 有序 納米Se SiO_2點陣 抗菌
【學位授予單位】：東華大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TG142.71
【目錄】：

• 摘要5-8
• ABSTRACT8-13
• 第一章 緒論13-20
• 1.1 生物材料概述13-15
• 1.2 醫(yī)用 316LSS的表面改性研究15-17
• 1.2.1 等離子體噴涂15
• 1.2.2 機械處理15
• 1.2.3 離子注入與離子束輔助沉積法15-16
• 1.2.4 離子鍍16
• 1.2.5 化學氣相沉積(CVD)16
• 1.2.6 溶膠-凝膠法16
• 1.2.7 基于自組裝單分子層的化學修飾16
• 1.2.8 電化學陽極氧化法16-17
• 1.3 納米Se的生物學性能17-18
• 1.4 含Si的生物材料18
• 1.5 立題依據(jù)18-19
• 1.6 研究內(nèi)容19-20
• 第二章 316L不銹鋼表面有序納米坑陣列的構建20-27
• 2.1 引言20
• 2.2 實驗材料、試劑及儀器20-21
• 2.2.1 實驗材料及試劑20-21
• 2.2.2 實驗儀器21
• 2.3 電化學陽極氧化法制備 316LSS表面有序納米坑陣列21
• 2.4 材料的表征21-22
• 2.5 實驗結果與分析22-26
• 2.5.1 316LSS表面納米坑陣列的EDS分析22-23
• 2.5.2 316LSS表面納米坑陣列的FESEM觀測23-25
• 2.5.3 316LSS表面納米坑陣列的XPS分析25-26
• 2.6 本章小結26-27
• 第三章 表面含納米Se的 316L不銹鋼的制備及性能研究27-47
• 3.1 引言27-28
• 3.2 實驗材料、試劑及儀器28-29
• 3.2.1 實驗材料及試劑28
• 3.2.2 實驗儀器28-29
• 3.3 納米Se/316LSS的制備29-30
• 3.4 測試與表征30
• 3.5 體外抗菌性能測試30-32
• 3.5.1 抗菌實驗的前期準備30
• 3.5.2 抗菌實驗30-32
• 3.6 納米Se的釋放實驗32
• 3.6.1 材料準備32
• 3.6.2 納米Se的緩釋32
• 3.7 體外細胞相容性能測試32-35
• 3.7.1 材料的準備32
• 3.7.2 細胞培養(yǎng)32-34
• 3.7.3 細胞種植34
• 3.7.5 細胞增殖34-35
• 3.8 實驗結果與分析35-46
• 3.8.1 納米Se/316LSS的EDS分析35-36
• 3.8.2 316LSS表面有序納米坑陣列、納米Se/316LSS的FESEM36-37
• 3.8.3 納米Se/316LSS的XPS分析37-39
• 3.8.4 納米Se/316LSS的體外抗菌性能測試39-44
• 3.8.5 納米Se粒子釋放性能檢測44-45
• 3.8.6 細胞增殖實驗45-46
• 3.9 本章小結46-47
• 第四章 316L不銹鋼表面有序納米SiO_2點陣的制備及體外類骨磷灰石沉積能力的研究47-57
• 4.1 引言47
• 4.2 實驗材料、試劑及儀器47-48
• 4.2.1 實驗材料及試劑47-48
• 4.2.2 實驗儀器48
• 4.3 316LSS表面納米SiO_2點陣的制備48-49
• 4.4 模擬體液(SBF)浸泡實驗49-51
• 4.5 測試與表征51
• 4.6 實驗結果與分析51-56
• 4.6.1 納米SiO_2/316LSS的EDS分析51
• 4.6.2 納米SiO_2/316LSS的XRD分析51-52
• 4.6.3 納米SiO_2/316LSS的FESEM52-53
• 4.6.4 納米SiO_2/316LSS的SBF浸泡實驗53-56
• 4.7 本章小結56-57
• 第五章 316L不銹鋼表面雙重納米結構的構建及疏水性能研究57-66
• 5.1 引言57-58
• 5.2 實驗材料、試劑及儀器58-59
• 5.2.1 實驗材料及試劑58
• 5.2.2 實驗儀器58-59
• 5.3 316LSS疏水表面的構建59
• 5.4 測試與表征59
• 5.5 疏水表面的抗菌性能測試59-61
• 5.5.1 抗菌實驗的前期準備59
• 5.5.2 抗菌實驗59-61
• 5.6 實驗結果與分析61-65
• 5.6.1 316LSS疏水改性后的接觸角測試61-63
• 5.6.2 PTES/PAA表面成分分析63
• 5.6.3 PTES/316LSS表面抗菌性能測試63-65
• 5.7 本章小結65-66
• 第六章 結論與展望66-68
• 6.1 結論66-67
• 6.2 展望67-68
• 參考文獻68-75
• 東華大學碩士研究生期間發(fā)表學術論文及專利目錄75-76
• 致謝76

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1 魏飛;張強;騫偉中;徐光輝;項榮;溫倩;王W，

本文編號：523332