不同工艺制作的钴铬合金和钛的细菌黏附及耐腐蚀性研究

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目的本研究通过研究选择性激光熔覆(Selective Laser Melting,SLM)、切削、铸造三种方法制备的钴铬合金和钛的变形链球菌黏附情况及黏附下的电化学性能,探讨三种工艺制作的钴铬合金和钛的黏附及耐腐蚀性能差异,明确变形链球菌对于材料表面耐腐蚀性能的影响,为临床材料的选择和应用提供参考。方法1、试件的制备:利用SLM、切削、铸造技术分别制作钴铬合金和钛各12件。利用计算机辅助设计软件设计尺寸为10mm×1Omm×2mm的三维图形,分别导入钴铬、钛的激光熔覆机及数控铣床加工制作;铸造组为先切削该尺寸的铸造蜡,常规包埋,高频离心铸造机完成铸造;试件工作面进行喷砂、碳化硅砂纸打磨、金刚石抛光,清洁干燥后,测试6组材料的表面粗糙度和接触角。2、细菌黏附实验:每组随机选取8个试件背面用导电胶粘接铜丝,所有试件均用硅橡胶轻体包埋背面和侧面,只暴露抛光面。变形链球菌菌种复苏,调配好的菌液黏附至灭菌后的试件工作面48h,一半粘接铜丝的试件置于菌液培养48h,另一半置于对照组人工唾液浸泡48h。扫描电镜观察细菌黏附形态,96孔酶标板结晶紫法测定黏附量光密度值,测定黏附后培养基的pH值。3、电化学实验:利用三电极电化学系统,以试件抛光面为工作电极,饱和银/氯化银、铂丝分别为参比电极和辅助电极,以Fusayama人工唾液为电解液,置于37℃恒温水浴锅,对变形链球菌黏附后及人工唾液浸泡下的6组试件进行动态极化曲线测试,获得腐蚀电流及极化电阻。结果1、SLM钴铬、切削钴铬、铸造钴铬、SLM钛抛光后的表面粗糙度分别为(0.219±0.017)μm、(0.224±0.015)μm、(0.227±0.02)μm、(0.231±0.007)μm,切削钛、铸造钛的表面粗糙度分别为(0.251±0.007)μm、(0.253±0.008)μm,前4组粗糙度均明显小于后2组,具有显著统计学意义(P<0.05),其余组间比较无统计学差异(p>0.05)。2、SLM钴铬、切削钴铬、铸造钴铬的接触角分别为(81.33±1.99)°、(78.75±3.25)°、(81.42±3.68)°,SLM钛、切削钛和铸造钛的接触角分别为(60.0±1.41)°、(59.92±3.15)°、(61.17±1.47)°,任意一组钴铬合金的接触角均大于任意一组钛的接触角,具有统计学差异(P<0.001),而3组钴铬合金之间、钛之间无统计学差异(P>0.05)。3、扫描电镜显示变形链球菌在材料表面聚集成大小不一的团块,或数个链状排列,切削钛和铸造钛表面相对粗糙,表面见缺陷及孔隙,其余4组未见明显缺陷。切削钛、铸造钛的黏附量光密度值分别为(0.288±0.011)/cm2、(0.294±0.013)/cm2,其余4组分别为(0.241±0.007)/cm2、(0.243±0.015)/cm2、(0.247±0.021)/cm2、(0.251±0.013)/cm2,切削钛、铸造钛组黏附量多于其他4组,均具有显著统计学差异(P<0.05),其余组间比较无统计学差异(P>0.05)。4、黏附前菌液pH为(7.09±0.14),黏附48h后各组pH分别为(5.79±0.17)、(5.76±0.18)、(5.70±0.24)、(5.66±0.14)、(5.58±0.15)、(5.53±0.15),各组黏附后的pH值较黏附前明显降低,具有统计学差异(P<0.05)。黏附后6组间无统计学差异(P=0.453),两组相比无统计学意义(P>0.05)。5、变形链球菌黏附后SLM、切削及铸造钴铬合金的极化电阻分别为(]2.1 71±1.105)×105Ω、(12.036±0.956)×105ΩΩ、(8.91 7+0.886)×105Ω,均明显小于对照组中各组材料的极化电阻(15.267±1.410)×]05Ω、(15.040±1.555)×105Ω、(11.973±0.898)×105Ω,具有显著性差异(p<0.05),黏附及对照组中SLM钴铬的极化电阻大于切削钴铬,无统计学差异(P>0.05),铸造钴铬电阻值均小于其余两组,具有统计学意义(P<0.05)。黏附后SLM、切削及铸造钛的极化电阻分别为(14.423±0.808)×105Ω、(8.452±0.635)×]05Q、(6.903±0.591)×105Ω,均明显小于对照组中各组电阻值(18.65]±1.348)×105Ω、(11.518±0.981)×105Ω、(9.164±0.730)×105Ω,SLM钛极化电阻明显大于切削钛及铸造钛,切削钛电阻大于铸造钛,均具有显著性差异(P<0.05)。腐蚀电流与极化电阻各组间大小相反。结论1.选择性激光熔覆技术加工的钴铬合金和钛具有稳定优良的耐腐蚀性能,选择性激光熔覆、切削相较于铸造工艺,改善了金属的生产质量,耐腐蚀性能更优秀。2.选择性激光熔覆、切削、铸造加工的钴铬合金和钛,经相同抛光后,切削钛、铸造钛的粗糙度较大,黏附量较多,同种金属表面润湿性无明显差异。3.变形链球菌对钴铬合金和钛表面有促进腐蚀的趋势。
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