生物医用材料结课论文-生物医用材料的表面改性

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1、生物医用材料的表面改性材料科学与工程材科11301徐得立摘要：目前使用的各种生物医用材料中，没有一种能完全满足临床使用的所有要求。生物医用材料植入人体后，材料表面最先直接与组织、细胞相接触、相作用。因此，材料表面性质相当重要，而且表面性质的不同还将影响细胞吸附、增值、分化等一系列反应。为了满足临床的需要现已发展了机械、物理、化学三种生物医用材料表面改性方法，来改变表面的化学成分和结构或者在原材料表面形成另外一层物质来改变其特性，只改变材料表面特性而不影响材料整体性能。改性后的表面一般呈现生物惰性或生物活性，具有更好的生物相容性、抗腐蚀性、耐磨性等。关键词

2、：生物医用材料表面改性生物活性生物相容性1引言本文主要对生物医用材料表面改性的几种方法进行了综述，并对表面改性在生物医用方面的应用作出了展望。2生物医用材料的机械表面改性机械表面改性包括机械表面加工和表面处理。机械表面加工的目的是大道零件要求的尺寸、形状、精度和特性；而机械表面处理是表面处理前的预备工序，包括喷丸和光亮化。喷丸处理是一种在生物医用材料表面改性领域应用广泛非常有效的表面改性技术。喷丸采用的喷丸颗粒化学性很稳定，不会对植入材料有不良生理反应，常用的喷丸颗粒如SiO2,Al2O2和SiC。3生物医用材料的物理表面改性3.1低温等离子体表面改性低

3、温等离子体表面改性包括等离子体溅射沉积、等离子体注入、等离子体聚合、等离子体接枝、等离子体喷射。目前采用等离子体表面改性技术的医用植入材料和器械包括整体关节替换、人工骨、牙科植入体、人造心脏阀、血管支架、人造血管、眼内透镜、人造角膜和人造导管。低温等离子体表面改性的主要目的是减少摩擦阻力，提高生物相容性，增进生物活性或生物惰性，增强抗腐蚀性。3.2激光表面处理激光表面改性利用激光的高辐射强度、高方向性、高单色性特点作用于金属或合金材料表面，这种先进方法今年在生物医用领域中的应用得到了广大发展。激光束聚焦后在焦点附近产生上万度高温，能使绝大部分材料达到熔点

4、，显著改善材料表面性能，如硬度强度耐磨性和耐腐性。通过激光表面熔凝、熔覆脉冲激光沉积、合金化与材料相互作用，具有能量密度高、非接触式加热、热影响区小、工艺可控性好便于电子操控等显著优点。4生物医用材料的化学表面改性4.1溶胶-凝胶法溶胶-凝胶法是指金属有机或无机化合物经过溶液、溶胶、凝胶而固化，再经过热处理而形成氧化物或者其他化合物固体的方法。这种方法的优点是纯度高，均匀度好，可有效控制薄膜成分和微观结构，低温易操作，工艺设备简单，可以大面积在各种不同形状、不同材料的基体上制备薄膜、甚至可以在粉末材料的表面制备一层包覆膜等，是目前制备无机薄膜普遍采用的一

5、种方法。有机醇盐水解法是溶胶-凝胶技术中应用最广泛的一种方法。常采用金属醇盐为前驱体溶于溶剂（水或有机溶剂）中形成均匀的溶液，溶质与溶剂间发生谁解惑醇解反应，反应生成物聚集成几到几十纳米的粒子并形成溶胶。以金属醇盐为前驱体的溶胶-凝胶过程包括水解和缩聚两个过程，反应生成物是各尺寸和结构的胶体颗粒，反应过程如下：①水解反应M(OR)n+xH2O→M(OH)(OR)n-x+xROH②缩聚反应脱水缩聚：-M-OH+OH-M-→-M-O-M-+H2O脱醇缩聚：-M-OR+OH-M→-M-O-M-+ROH4.2电化学方法采用电化学方法对生物医用材料进行表面改性主要

6、包括电化学抛光、电化学沉积、电泳沉积以及阳极氧化法。4.2.1电化学抛光电化学抛光去除表面原有的氧化层，形成新的化学均匀性好的薄氧化层。电化学抛光比机械抛光及其他表面精密加工更优异，效率高、表面无加工硬化层、耐腐蚀、外观美等优点。金属医用材料如不锈钢、钛合金及贵金属等都可以进行电化学抛光。电化学抛光是金属阳极溶解的过程，一般包括下述一种或几种反应：①金属离子溶入电解液中：Me=Men++ne②阳极表面生成钝化膜：Me+2OH=MeO-H2O+2e③气态氧的析出：4OH=O2+2H2O+4e④电解液中各组分在阳极表面的氧化。如图经过激光加工处理过的支架表面

7、，在切割处支架内外表面都有大量残渣和氧化皮，表面相当粗糙，不符合临床要求，因此必须经过表面处理(a)（b）（c）图4.211激光切割后的316LVM支架的SEM照片(a)切割区；（b）切割外表面；（c）切割内表面如下图经过电化学抛光后的支架表面，无论切割处还是内外表面都非常光滑（a）(b)(c)(d)图4.212电化学抛光后的316LVM支架的SEM照片(a)整体支架；(b)切割区域；(c)外表面；(d）内表面支架4.2.2电化学沉积传统的电化学沉积工艺主要用于工件表面的金属和合金的沉积，增加工件表面的抗腐蚀能力，赋予特殊的物理和化学性能；现代科学技术的

8、电化学沉积反占到新型薄膜和新型结构，在生物医用材料表面改性方面拥有广泛的应用。4