氧化钽和氧化钛表面离子注入改性及生物性能

发布时间：2017-08-25 11:22

  本文关键词：氧化钽和氧化钛表面离子注入改性及生物性能

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【摘要】：钽金属(Ta)具有很强的化学惰性,耐腐蚀,又具有良好的生物相容性,植入人体后不与体液发生反应,对人体无刺激。因此,钽金属(Ta)被广泛应用于整形外科领域。另外,钛金属(Ti)也因其良好的生物惰性和优秀的生物相容性被广泛应用于生物医学领域,成为理想的硬组织替换材料。这两种材料优良的化学惰性与生物相容性主要得益于材料表面在空气中自然氧化而形成的氧化物薄膜,即氧化钽(Ta2O5)和氧化钛(TiO2)。但是,当钽和钛合金被植入人体后,无论是植入体本身还是材料表面形成的氧化物薄膜(Ta2O5与TiO2)的抗菌效果均不佳,导致植入体容易被细菌感染,增加了植入失效的风险,严重影响患者的身体健康。临床上主要依靠大量使用抗生素来预防细菌感染,产生了细菌耐药性的问题。纳米银颗粒(Ag NPs)具有广谱抗菌性,且不易产生耐药性,故纳米银颗粒(Ag NPs)抗菌性能及其控制方法的相关研究得到了广泛关注。但是,游离态纳米银容易进入正常细胞,引起细胞毒性。因此,本论文利用等离子浸没离子注入(PIII)技术将纳米银颗粒固定化在样品(Ta2O5与TiO2)表面,降低甚至消除其细胞毒性,同时测试样品表面的抗菌性能与细胞相容性。另一方面,少量的锌(Zn)元素可以提高细胞的成骨性能,本论文还利用Zn元素和Ag元素对植入体进行表面改性,在不破坏材料细胞相容性的前提下改善其抗菌性能。主要研究内容如下:1.研究了银(Ag)注入后的氧化钽(Ta2O5)和氧化钛(TiO2)表面抗菌性能与银元素注入时间的关系,初步实验结果表明:氧化钽(Ta2O5)和氧化钛(TiO2)表面注银可以赋予材料良好的抗菌性能,且抗菌性能随着注入时间的增长而增强。2.研究了经相同紫外光(UV)照射后不同避光时间处理方法对离子注入后的氧化钽(Ta2O5)和氧化钛(TiO2)的抗菌性能的影响,结果表明,紫外光(UV)照射后避光放置时间较短的样品抗菌性能更好。3.比较了氧化钛表面在单一注入锌(Zn)元素,单一注入银(Ag)元素和同时注入锌银(Zn/Ag)元素以及不同顺序注入锌银后抗菌性能的差别。实验结果表明:单一注入锌(Zn)元素的样品表面具有一定抗菌能力;注入银(Ag)元素的表面抗菌性能最优,锌银共注入(Zn/Ag)的表面抗菌性能介于二者之间;先注入Zn元素,后注入Ag元素(Zn+Ag)的样品抗菌性能略优于先注入Ag元素,后注入Zn元素(Ag+Zn)的样品,且均弱于锌银共注(Zn/Ag)的样品。4.探讨了样品注入银元素后的细胞相容性,注银的氧化钽(Ta2O5)表面依然拥有良好的细胞相容性,即注银的氧化钽(Ta2O5)兼顾了抗菌性能与细胞相容性。
【关键词】：氧化钽 氧化钛 等离子体浸没离子注入 银 抗菌性能 细胞相容性
【学位授予单位】：上海工程技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB306;R318.08
【目录】：

• 摘要6-8
• abstract8-13
• 第一章 绪论13-25
• 1.1 生物医用材料概述13
• 1.2 钽及氧化钽13-15
• 1.2.1 钽金属的性质及应用13-14
• 1.2.2 氧化钽的性质及应用14-15
• 1.3 钛及钛合金15-16
• 1.3.1 钛及钛合金的性质15-16
• 1.3.2 钛及钛合金的生物学应用16
• 1.4 氧化钛16-17
• 1.4.1 氧化钛的光催化活性16
• 1.4.2 氧化钛的应用16-17
• 1.5 锌和银在生物学领域的应用17-22
• 1.5.1 锌在生物学领域的应用17-18
• 1.5.2 银在生物学领域的应用18
• 1.5.3 银纳米颗粒的抗菌机制18-19
• 1.5.4 银纳米颗粒的毒性19-20
• 1.5.5 载银抗菌薄膜/涂层的制备20-22
• 1.6 等离子体浸没式离子注入（PIII）22-23
• 1.6.1 等离子体浸没式离子注入（PIII）的基本原理22-23
• 1.6.2 等离子体浸没式离子注入技术（PIII）改性23
• 1.7 本论文的研究内容和目的23-25
• 第二章 样品制备与测试25-31
• 2.1 样品制备25-27
• 2.1.1 等离子喷涂25-26
• 2.1.2 等离子体浸没式离子注入26-27
• 2.2 样品测试27-29
• 2.2.1 X射线光电子能谱27-28
• 2.2.2 扫描电子显微镜28-29
• 2.3 本章小结29-31
• 第三章 氧化钽表面银离子注入改性及其生物性能31-43
• 3.1 样品的制备与处理31-32
• 3.2 样品理化性能表征32-34
• 3.2.1 表面形貌观察32-33
• 3.2.2 表面化学成分分析33-34
• 3.3 不同注入时间的氧化钽表面抗菌性能34-37
• 3.3.1 细菌的接种、固定、脱水干燥34
• 3.3.2 细菌形貌观察34-35
• 3.3.3 细菌涂板35-37
• 3.4 紫外处理后不同避光时间对氧化钽表面抗菌性能影响分析37-38
• 3.4.1 样品的制备与处理37
• 3.4.2 细菌形貌观察37-38
• 3.5 抗菌机理分析38-39
• 3.6 注银氧化钽表面细胞相容性39-42
• 3.6.1 细胞培养39
• 3.6.2 细胞粘附与铺展39-40
• 3.6.3 碱性磷酸酶活性测试40-42
• 3.7 本章小结42-43
• 第四章 氧化钛表面银锌离子共注入改性及其抗菌性能43-57
• 4.1 表皮葡萄球菌实验及结果分析43-47
• 4.1.1 样品的制备与处理43
• 4.1.2 细菌形貌观察43-45
• 4.1.3 细菌涂板45-47
• 4.2 注银体系大肠杆菌抗菌实验及结果分析47-51
• 4.2.1 样品的制备与处理47
• 4.2.2 细菌形貌观察47-51
• 4.3 锌银体系大肠杆菌抗菌实验及结果分析51-55
• 4.3.1 样品的制备与处理51-52
• 4.3.2 细菌形貌观察52-55
• 4.4 抗菌机理分析55-56
• 4.5 本章小结56-57
• 第五章 总结与展望57-59
• 参考文献59-65
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文及取得的相关科研成果65-66
• 致谢66-67

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1 马玉莉;;电感耦合等离子质谱法测定氧化钽、氧化铌中钾量和钠量[J];江西有色金属;2009年03期

2 胡益清;高纯氧化钽的研制[J];稀有金属与硬质合金;1994年01期

3 К.葛特P懚，

本文编号：736641