医用钛合金表面改性及抗菌性能研究

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钛合金由于其优异的性能,如较高的比强度、优良的抗腐蚀性和良好的生物相容性等,使其在医用领域得到广泛应用,尤其是作为植入体材料具有广阔的发展前景。但作为植入体材料在植入体内时可能会发生的细菌感染,给患者带来了巨大的痛苦。因此如何解决植入体材料在植入人体后可能会发生的细菌感染问题,成为医学上急需解决的难题之一。本文以含碘溶液为电解液,通过电沉积对钛合金进行表面改性,制备抗菌涂层,研究其抗菌和缓释等生物性能。论文主要结论如下:1.分别以聚维酮碘(PVP-I)和碘化钾(KI)为电解液,通过电沉积在钛合金表面制备抗菌涂层。以聚维酮碘为电解液制备的抗菌涂层中碘含量为9.19wt%。采用XPS分析抗菌涂层中碘的存在形式有三种,分别为I3-、I2H-O2和I2O5。抗菌性能测试结果表明,含碘涂层具有良好的抗菌效果。涂层对金黄色葡萄球菌的综合抗菌率为63.3%,对大肠杆菌的综合抗菌率为48.5%。温度稳定性结果显示,抗菌涂层在250℃下保持良好的温度稳定性。在体外缓释实验中,21天后抗菌涂层中碘含量剩余60.36%。当电解液为KI时,抗菌涂层中碘含量为10.54 wt%。此时的碘涂层中的碘分别以I2和I2O5两种形式存在。抗菌测试结果表明含碘涂层具有更加优异的抗菌效果,对金黄色葡萄球菌的抗菌率为99.7%,对大肠杆菌的抗菌率达到91.7%,在模拟体液中实验21天后,碘含量剩余67.3%,表现出一定的缓释性能,抗菌涂层在200℃下保持良好的温度稳定性。2.采用阳极氧化对钛合金表面进行预处理,制备出Ti O2纳米管阵列,然后以聚维酮碘(PVP-I)为电解液,通过电泳沉积在Ti O2纳米管中进行碘沉积,制备抗菌涂层。SEM结果显示,Ti O2纳米管管长4.2μm,管径230nm。EDS测试结果显示,抗菌涂层中碘含量在2.12wt%左右。运用XPS分析抗菌涂层中碘的存在形式有三种,分别为I3-、I2H-O2和I2O5。抗菌性能测试结果表明,含碘涂层有良好的抗菌效果,对金黄色葡萄球菌的综合抗菌率为56.36%,对大肠杆菌的综合抗菌率为79.46%。以聚维酮碘为电解液,在模拟体液中实验21天后,碘含量剩余85.33%,300℃热处理60min后,抗菌涂层中碘含量剩余75.33%。和钛合金表面直接进行碘沉积相比,通过阳极氧化预处理后,由于Ti O2纳米管的存在,抗菌涂层表现出优异的缓释性能。
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