醫(yī)用金屬材料表面改性

醫(yī)用金屬材料表面改性

金屬材料是生物醫(yī)學(xué)材料中應(yīng)用最早的。由金屬具有較高的強(qiáng)度和韌性，適用于修復(fù)或換人體的硬組織，早在一百多年前人們就已用貴金屬鑲牙。隨著抗腐蝕性強(qiáng)的不銹鋼、彈性模量與骨組織接近銅鐵合金，以及記憶合金材料、復(fù)合材料等新型生物醫(yī)學(xué)金屬材料的不斷出現(xiàn)，其應(yīng)用范圍也在擴(kuò)大。醫(yī)用金屬與合金表面涂層處理物理化學(xué)方法形態(tài)學(xué)方法生物化學(xué)方法010203物理化學(xué)方法1.熱噴涂

熱噴涂是利用一種熱源的火焰將粉末狀的金屬或非金屬噴涂材料加熱熔融并軟化，并用熱源自身的動(dòng)力或外加高速氣流霧化，使噴涂材料的液滴以一定的速度噴向經(jīng)過(guò)預(yù)處理干凈的基體表面，依靠噴涂材料的物理變化和化學(xué)反應(yīng)，與基體形成結(jié)合層的工藝方法。可分為電弧噴涂、等離子噴涂、火焰噴涂、爆炸噴涂等。2.脈沖激光熔敷

是在低輸出功率、高掃描速速的脈沖激光照射下，將涂敷材料融敷在基體表面的方法。3.離子濺射

離子濺射以高速離子轟擊靶材，使涂敷材料粉粒濺射并沉積在金屬基體物理化學(xué)方法爆炸噴火焰噴熱噴涂原理物理化學(xué)方法單擊此處添加文字內(nèi)容單擊此處添加文字內(nèi)容單擊此處添加文字內(nèi)容單擊此處添加文字內(nèi)容單擊此處添加文字內(nèi)容離子濺射單擊此處添加文字內(nèi)容單擊此處添加文字內(nèi)容單擊此處添加文字內(nèi)容單擊此處添加文字內(nèi)容單擊此處添加文字內(nèi)容脈沖激光融敷物理化學(xué)方法4.噴砂法

用噴砂機(jī)將涂敷材料粉末直接高速噴出鑲?cè)牖w表面。5.電化學(xué)法

電化學(xué)法是用電化學(xué)的方法，通過(guò)調(diào)節(jié)電解液的濃度、PH值、反應(yīng)溫度，電場(chǎng)強(qiáng)度，電流等來(lái)控制反應(yīng)的制備方法。6.離子注入法

離子注入改性是將所需的元素在離子氣化室中進(jìn)行氣化，通過(guò)高頻放電使其離子化，以外加電場(chǎng)導(dǎo)出、聚束和加速，使其形成高能細(xì)小的離子束而打入作為靶的固體材料表面，從而達(dá)到改變材料表層性能的方法。非熱平衡過(guò)程，不受冶金學(xué)規(guī)律的限制，可以將任何元素原子加速注入粉盒材料之中；離子注入過(guò)程是低溫過(guò)程，不會(huì)引發(fā)金屬靶材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)、成分和外部形狀的變化；同時(shí)離子注入技術(shù)又是一種高度可控技術(shù)，通過(guò)控制注入能量與注入劑量可以準(zhǔn)確控制靶材料的注入濃度、梯度和注入深度。物理化學(xué)方法單擊此處添加文字內(nèi)容單擊此處添加文字內(nèi)容單擊此處添加文字內(nèi)容單擊此處添加文字內(nèi)容單擊此處添加文字內(nèi)容離子注入法原理單擊此處添加文字內(nèi)容單擊此處添加文字內(nèi)容單擊此處添加文字內(nèi)容單擊此處添加文字內(nèi)容單擊此處添加文字內(nèi)容噴砂法原理原理圖形

態(tài)

學(xué)

方

法

在不改變金屬基體表層的化學(xué)組成的情況下，將其直接植入生物體內(nèi)，從而達(dá)到對(duì)生物體組織在其上的粘附、生長(zhǎng)以及粘附強(qiáng)度產(chǎn)生重要影響。此方法并不在基體表面產(chǎn)生強(qiáng)化層或附加涂層，而是通過(guò)改善植入體的表面微觀形貌來(lái)獲得最好的植入效果。形態(tài)學(xué)表面改性工藝在提高結(jié)合強(qiáng)度的同時(shí)，一般不會(huì)減損材料的生物相容性，是一種比較簡(jiǎn)單有效的表面改性方法。其具體方法有：等離子噴刷、超音振蕩、激光束點(diǎn)融以及電化學(xué)晶界腐蝕等。

形態(tài)學(xué)方法原理圖實(shí)物圖等離子噴刷生

物

化

學(xué)

方

法

將大分子蛋白質(zhì)或酶等有機(jī)高分子物質(zhì)引入基體表面，使其具有更優(yōu)良的生物活性，因而具有更直接、更有效的特點(diǎn)。這樣的材料可以促進(jìn)植入處傷口的愈合，加速植入體與周圍組織的結(jié)合，同時(shí)也可以提高植入體的安全性和使用壽命。大多數(shù)金屬表面存在一層氧化膜，一定條件下會(huì)與[H]或H+作用，形成附于基體表面的-OH羥基。在這種情況下用(APS)對(duì)基體進(jìn)行硅烷化處理，再通過(guò)戊二酸醛的作用將一些蛋白質(zhì)或酶的分子如胰蛋白酶，以化學(xué)鍵聯(lián)接在基體表面上。此方法是由美國(guó)科學(xué)家David.A.Puleo提出，它可以將活的生物分子固定在無(wú)機(jī)、非孔狀、非松散生物材料的表面，從而使材料表面活性大大提高。

隨著人民生活水平的提高及對(duì)健康的更高要求，對(duì)生物醫(yī)用材料的需求量正在迅速地增長(zhǎng)。盡管近年來(lái)人們運(yùn)用表面工程的方法對(duì)提高醫(yī)用金屬材料的性能(生物活性和相容性、耐磨耐蝕性)開(kāi)展了大量的工作并取得進(jìn)展，但涂層與金屬基體的界面結(jié)合強(qiáng)度較低仍是困擾醫(yī)用金屬植入體臨床應(yīng)用的瓶頸問(wèn)題。因此從仿生原理、組織工程原