本文關(guān)鍵詞：TC4鈦合金超疏水涂層的制備、耐蝕性和血液相容性研究

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【摘要】：為提高生物醫(yī)用材料TC4鈦合金的耐蝕性和血液相容性,本文采用微弧氧化技術(shù)在TC4鈦合金表面先制備粗糙多孔的二氧化鈦陶瓷膜層、采用堿溶液水熱處理在TC4鈦合金表面制備鈦酸鈉陶瓷膜層,再經(jīng)全氟辛基三氯硅烷(PFOTS)乙醇溶液疏水處理后得到超疏水膜層。采用SEM、XRD、EDS和XPS等方法研究超疏水膜層表面顯微組織結(jié)構(gòu),利用接觸角測試儀測量其表面濕潤性,利用電化學(xué)工作站評價(jià)其耐腐蝕性能,采用血液相容性和抗菌性測試研究其體外生物學(xué)性能。在微弧氧化技術(shù)下制備得到的陶瓷膜層主要由銳鈦礦TiO2組成,表面粗糙多孔,膜層的粗糙度隨微弧氧化正向電壓和處理時(shí)間的增加而增加,隨脈沖頻率的增加而減少。堿熱處理下制備的陶瓷膜層主要由Na2Ti6O13組成,表面形貌呈草葉型針狀且存在許多微小的裂紋,膜層表面粗糙度隨水熱處理液中溶質(zhì)NaOH濃度的升高而增加。在兩種表面改性方法下制備得到的陶瓷膜層均具有微納米粗糙結(jié)構(gòu),通過自組裝技術(shù),疏水處理后得到超疏水膜層。結(jié)果表明,在優(yōu)化微弧氧化電參數(shù)和疏水處理實(shí)驗(yàn)參數(shù)后,CA最高為155°,具有超疏水性質(zhì);水熱處理體系中CA最大為159°,具有較好的疏水性質(zhì)。超疏水膜層抑制了TC4鈦合金中對人體有較大影響的Al、V等離子的釋放,通過EDS分析,Al元素約占1.51%,V元素約占0.10%。對TiO2和Na2Ti6O13陶瓷膜層進(jìn)行XPS分析,結(jié)果表面,膜層表面存在大量羥基,這些羥基能與PFOTS乙醇溶液中水解過后的羥基通過化學(xué)鍵結(jié)合,從而在陶瓷膜層表面形成一層低表面能物質(zhì)分子膜,得到超疏水性能。TC4鈦合金基體的腐蝕電流密度Icorr為3.393×10-7 A/cm-2,極化電阻值Rp為1.17×105Ω/cm2;微弧氧化體系中超疏水膜層Icorr為2.139×10-8 A/cm-2,Rp為2.07×106Ω/cm2;堿熱處理后超疏水膜層Icorr為6.336×10-8 A/cm-2,Rp為3.42×105Ω/cm2。超疏水膜層的腐蝕電流密度比基體均降低了一個(gè)數(shù)量級,極化電阻均大于基體,提高了基體的耐腐蝕性能。該自組裝技術(shù)制備得到的超疏水膜層符合Cassie-Baxter模型。界面與液體接觸時(shí),接觸面為固-氣-液三相共存復(fù)合接觸面,在膜層表面-腐蝕液體的界面上存在一層“氣墊”,減少了液體與膜層表面的接觸面積。該三相共存復(fù)合界面能有效阻止液體的滲透,阻止對材料的腐蝕等反應(yīng)的發(fā)生。分別對基體、陶瓷膜層、超疏水膜層進(jìn)行溶血率、動(dòng)態(tài)凝血時(shí)間和血小板粘附試驗(yàn),結(jié)果表明,超疏水膜層具有最低的溶血率、最長的動(dòng)態(tài)凝血時(shí)間且?guī)缀鯖]有血小板的粘附,說明具有超疏水性質(zhì)的TC4鈦合金的血液相容性得到了較大的改善�？咕鷮�(shí)驗(yàn)表明,超疏水膜層表明粘附的細(xì)菌數(shù)量最少,說明超疏水膜層有效提高了TC4鈦合金的抗菌性能。
【關(guān)鍵詞】：TC4鈦合金 超疏水 血液相容性 微弧氧化 腐蝕行為
【學(xué)位授予單位】：南昌航空大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TG174.4;R318.08
【目錄】：

• 摘要3-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-19
• 1.1 鈦及鈦合金在生物醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用及發(fā)展9-13
• 1.1.1 鈦及鈦合金硬組織植入材料及其發(fā)展9-12
• 1.1.2 鈦及鈦合金血管植入材料及發(fā)展12-13
• 1.2 超疏水表面的制備及發(fā)展13-17
• 1.2.1 超疏水現(xiàn)象13
• 1.2.2 超疏水表面的定義13-15
• 1.2.3 超疏水表面的制備方法15-16
• 1.2.4 超疏水表面生物醫(yī)用材料上的運(yùn)用16-17
• 1.3 微弧氧化技術(shù)簡介17-18
• 1.4 選題目的、意義及主要研究內(nèi)容18-19
• 1.4.1 選題目的及意義18
• 1.4.2 主要研究內(nèi)容18-19
• 第2章 試驗(yàn)材料及研究方法19-27
• 2.1 試驗(yàn)材料及試劑19-20
• 2.2 微弧氧化處理裝置及工藝參數(shù)設(shè)置20-22
• 2.2.1 微弧氧化處理裝置20-21
• 2.2.2 微弧氧化電解液選擇21
• 2.2.3 微弧氧化電參數(shù)選擇21-22
• 2.3 堿熱處理裝置及試驗(yàn)參數(shù)設(shè)計(jì)22-23
• 2.3.1 堿熱處理裝置22
• 2.3.2 堿熱處理試驗(yàn)參數(shù)設(shè)計(jì)22-23
• 2.4 疏水浸泡處理23
• 2.5 組織結(jié)構(gòu)分析23-24
• 2.5.1 顯微形貌及成分分析23
• 2.5.2 物相分析23-24
• 2.6 性能分析24-27
• 2.6.1 靜態(tài)接觸角24
• 2.6.2 粗糙度測試24
• 2.6.3 耐蝕性24-25
• 2.6.4 血液相容性測試25-26
• 2.6.5 抗菌實(shí)驗(yàn)26-27
• 第3章 超疏水膜層制備與表征27-58
• 3.1 微弧氧化超疏水膜層制備與表征27-44
• 3.1.1 超疏水修飾參數(shù)優(yōu)化27-30
• 3.1.2 微弧氧化電壓對超疏水膜層顯微結(jié)構(gòu)及性能影響30-34
• 3.1.3 微弧氧化頻率對超疏水膜層顯微結(jié)構(gòu)及性能影響34-38
• 3.1.4 微弧氧化時(shí)間對超疏水膜層顯微結(jié)構(gòu)及性能影響38-44
• 3.2 堿熱處理組裝超疏水膜層的制備與表征44-51
• 3.2.1 堿液溶度對超疏水膜層顯微結(jié)構(gòu)和性能影響44-50
• 3.2.2 堿熱處理時(shí)間對超疏水膜層的影響50
• 3.2.3 超疏水膜層的穩(wěn)定性50-51
• 3.3 膜層的耐蝕機(jī)制及電化學(xué)阻抗分析51-56
• 3.4.1 超疏水膜層耐蝕性能機(jī)制探討51-52
• 3.4.2 超疏水膜層的電化學(xué)阻抗分析52-56
• 3.4 本章小結(jié)56-58
• 第4章 超疏水膜層的體外生物學(xué)性能58-68
• 4.1 膜層的血液相容性58-64
• 4.1.1 膜層的溶血實(shí)驗(yàn)58-61
• 4.1.2 膜層的動(dòng)態(tài)凝血時(shí)間61-63
• 4.1.3 血小板粘附實(shí)驗(yàn)63-64
• 4.2 超疏水表面改善材料血液相容性的原因探討64-65
• 4.3 膜層的抗菌實(shí)驗(yàn)65-67
• 4.4 本章小結(jié)67-68
• 結(jié)論68-69
• 參考文獻(xiàn)69-74
• 攻讀碩士期間發(fā)表的論文74-75
• 致謝75-76

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