NiTi合金表面聚多巴胺载银膜的构建与生物性能

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NiTi合金具有独特的形状记忆效应和超弹性、良好的生物相容性,被广泛的应用于生物医学领域,然而,抗菌性能的缺乏及Ni离子的溶出使其具有潜在的术后感染、致癌、至畸的风险。本文在NiTi合金表面构建聚多巴胺载Ag膜,赋予该合金抗菌特性,同时提高耐腐蚀性能,抑制Ni离子的溶出,改善生物相容性。采用X射线光电子能谱、傅里叶红外光谱,场发射扫描电子显微镜、透射电子显微镜、原子力显微镜、电化学分析测试、离子浓度测试及体外抗菌测试等手段系统研究了聚多巴胺载Ag膜的组织结构、耐蚀性能、Ag离子溶出行为及抗菌性能。NiTi合金浸入多巴胺溶液中制备聚多巴胺(PDA)膜。随着浸泡时间的延长,多巴胺在NiTi合金表面不断的自聚、沉积,增加了PDA膜的厚度,提高了耐蚀性能,抑制了Ni离子溶出;PDA膜表面粗糙度的增大、亲水性能的增强以及膜表面的活性基团均有利于细胞的粘附和增值。利用Ag离子在PDA膜表面的原位还原,NiTi合金表面制备PDA膜后浸入AgNO3溶液中构建聚多巴胺载Ag膜(PDA/Ag膜)。纳米Ag分布在PDA膜的表面导致了PDA/Ag膜在PBS溶液中初始阶段的Ag离子溶出速率较快,短期抗菌效果较好,浸泡14天后,Ag离子溶出趋于停止;该膜的形成过程中,Ag离子的氧化提高了PDA膜表面交联度,因此,降低了自腐蚀电流密度,耐蚀性能得到了显著改善。NiTi合金表面制备PDA/Ag膜后浸入多巴胺溶液中制备表层PDA膜,构建了PDA/Ag/PDA膜。表层PDA膜覆盖在纳米Ag的表面,延缓了Ag离子在PBS溶液中的溶出速率,降低了短期抗菌效果,但提高了抗菌持久性。PDA/Ag/PDA膜在PBS溶液中的Ag离子溶出速率先增大后减小,第7-12 h的溶出速率达到最大,28天后的Ag离子溶出未停止。另外,相比于PDA/Ag膜,PDA/Ag/PDA膜的自腐蚀电流密度降低,耐蚀性能增强。NiTi合金浸入多巴胺和AgNO3的混合溶液中一步构建聚多巴胺载Ag膜(PDA@Ag膜),膜中的纳米Ag被PDA包裹。从PDA@Ag膜的自由面到NiTi合金表面,纳米Ag含量先增大后减小。结果表明,低AgNO3浓度、高多巴胺浓度以及较长的浸泡时间均能够提高PDA@Ag膜中PDA的含量,降低自腐蚀电流密度、纳米Ag含量及Ag离子溶出速率,有利于提高耐蚀性能和抗菌持久性。相比之下,高AgNO3浓度、低多巴胺浓度以及较短浸泡时间均能够降低PDA@Ag膜中PDA的含量,升高自腐蚀电流密度、纳米Ag含量及Ag离子溶出速率,有利于提高短期抗菌效果。当NiTi合金浸入2 mg/m L多巴胺和40 m M AgNO3的混合溶液中浸泡12 h,制备的PDA@Ag膜具有良好的耐蚀性能,在PBS溶液中的Ag离子溶出速率快、持续时间长,抗菌性能优异,24 h对金葡菌和大肠杆菌的抗菌率均达99%以上。
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