医用金属材料表面改性

医用金属材料表面改性

金属材料是生物医学材料中应用最早的。由金属具有较高的强度和韧性，适用于修复或换人体的硬组织，早在一百多年前人们就已用贵金属镶牙。随着抗腐蚀性强的不锈钢、弹性模量与骨组织接近铜铁合金，以及记忆合金材料、复合材料等新型生物医学金属材料的不断出现，其应用范围也在扩大。医用金属与合金表面涂层处理物理化学方法形态学方法生物化学方法010203物理化学方法1.热喷涂

热喷涂是利用一种热源的火焰将粉末状的金属或非金属喷涂材料加热熔融并软化，并用热源自身的动力或外加高速气流雾化，使喷涂材料的液滴以一定的速度喷向经过预处理干净的基体表面，依靠喷涂材料的物理变化和化学反应，与基体形成结合层的工艺方法。可分为电弧喷涂、等离子喷涂、火焰喷涂、爆炸喷涂等。2.脉冲激光熔敷

是在低输出功率、高扫描速速的脉冲激光照射下，将涂敷材料融敷在基体表面的方法。3.离子溅射

离子溅射以高速离子轰击靶材，使涂敷材料粉粒溅射并沉积在金属基体物理化学方法爆炸喷火焰喷热喷涂原理物理化学方法单击此处添加文字内容单击此处添加文字内容单击此处添加文字内容单击此处添加文字内容单击此处添加文字内容离子溅射单击此处添加文字内容单击此处添加文字内容单击此处添加文字内容单击此处添加文字内容单击此处添加文字内容脉冲激光融敷物理化学方法4.喷砂法

用喷砂机将涂敷材料粉末直接高速喷出镶入基体表面。5.电化学法

电化学法是用电化学的方法，通过调节电解液的浓度、PH值、反应温度，电场强度，电流等来控制反应的制备方法。6.离子注入法

离子注入改性是将所需的元素在离子气化室中进行气化，通过高频放电使其离子化，以外加电场导出、聚束和加速，使其形成高能细小的离子束而打入作为靶的固体材料表面，从而达到改变材料表层性能的方法。非热平衡过程，不受冶金学规律的限制，可以将任何元素原子加速注入粉盒材料之中；离子注入过程是低温过程，不会引发金属靶材料内部结构、成分和外部形状的变化；同时离子注入技术又是一种高度可控技术，通过控制注入能量与注入剂量可以准确控制靶材料的注入浓度、梯度和注入深度。物理化学方法单击此处添加文字内容单击此处添加文字内容单击此处添加文字内容单击此处添加文字内容单击此处添加文字内容离子注入法原理单击此处添加文字内容单击此处添加文字内容单击此处添加文字内容单击此处添加文字内容单击此处添加文字内容喷砂法原理原理图形

态

学

方

法

在不改变金属基体表层的化学组成的情况下，将其直接植入生物体内，从而达到对生物体组织在其上的粘附、生长以及粘附强度产生重要影响。此方法并不在基体表面产生强化层或附加涂层，而是通过改善植入体的表面微观形貌来获得最好的植入效果。形态学表面改性工艺在提高结合强度的同时，一般不会减损材料的生物相容性，是一种比较简单有效的表面改性方法。其具体方法有：等离子喷刷、超音振荡、激光束点融以及电化学晶界腐蚀等。

形态学方法原理图实物图等离子喷刷生

物

化

学

方

法

将大分子蛋白质或酶等有机高分子物质引入基体表面，使其具有更优良的生物活性，因而具有更直接、更有效的特点。这样的材料可以促进植入处伤口的愈合，加速植入体与周围组织的结合，同时也可以提高植入体的安全性和使用寿命。大多数金属表面存在一层氧化膜，一定条件下会与[H]或H+作用，形成附于基体表面的-OH羟基。在这种情况下用(APS)对基体进行硅烷化处理，再通过戊二酸醛的作用将一些蛋白质或酶的分子如胰蛋白酶，以化学键联接在基体表面上。此方法是由美国科学家David.A.Puleo提出，它可以将活的生物分子固定在无机、非孔状、非松散生物材料的表面，从而使材料表面活性大大提高。

随着人民生活水平的提高及对健康的更高要求，对生物医用材料的需求量正在迅速地增长。尽管近年来人们运用表面工程的方法对提高医用金属材料的性能(生物活性和相容性、耐磨耐蚀性)开展了大量的工作并取得进展，但涂层与金属基体的界面结合强度较低仍是困扰医用金属植入体临床应用的瓶颈问题。因此从仿生原理、组织工程原