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本文采用光催化高级氧化法和电化学法两种低温表面改性技术对镍钛形状记忆合金(NiTi SMA)进行表面改性研究,以期在不改变合金基体形状记忆效应的前提下,改变其表面组织结构,提高生物相容性。光催化高级氧化法利用紫外光(UV)催化过氧化氢(H<,2>O<,2>)分解成具有高氧化电位的羟自由基(·OH)对NiTi SMA进行氧化表面改性;而电化学法则先后采用电化学抛光、阳极氧化和电沉积技术对NiTi SMA进行表面改性处理。
采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱仪(XPS)等系统研究了光催化高级氧化和电化学法表面改性处理对NiTi SMA表面组织结构的影响。研究表明:光催化高级氧化处理后NiTi SMA表面原位生成了贫Ni、富O的Ti氧化物膜,该氧化膜与NiTi SMA基体间有一成份梯度过渡层;电化学抛光使NiTi SMA表面达到镜面化,且形成了一约10nm厚的贫Ni钝化层;以H<,2>SO<,4>为电解质阳极氧化时得到的膜层比较疏松,而以Na<,2>SO<,4>为电解质阳极氧化时得到的膜层则相对比较致密;阳极氧化可以形成表面无Ni的TiO<,2>氧化物膜;电沉积在试样表面形成了具有片状和针状结构的疏松Ca-P陶瓷层,主要成份为羟基磷灰石(HA)的前驱体DCPD(CaHPO<,4>[H<,2>O]<,2>)。
采用电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)研究改性处理对NiTi SMA植入材料在模拟体液(SBF)中抑制Ni离子释放能力的影响。研究发现:光催化高级氧化和以Na<,2>SO<,4>为电解质的阳极氧化所形成的氧化膜可以很好的阻挡Ni的析出;以H<,2>SO<,4>为电解质阳极氧化得到试样前期析出Ni较少,但时间延长析出Ni的浓度有大幅度增加;电化学抛光的试样仍有较多的Ni析出,但跟化学抛光的试样相比,析出Ni的浓度也大大降低。
采用接触角测量、溶血实验和血小板黏附实验研究改性处理对NiTi SMA血液相容性的影响。研究发现:光催化高级氧化和电化学法表面改性都提高了试样的亲水性,降低了溶血率,且经光催化高级氧化和电化学抛光后阳极氧化的NiTi SMA试样表面血小板黏附数量减少,变形程度和团聚现象得到抑制,试样抗凝血能力得到改善,血液相容性得到提高。
采用MTT细胞毒性实验研究了改性处理对NiTi SMA细胞相容性的影响。与L929小鼠成纤维细胞共同培养表明:光催化高级氧化和电化学法表面改性后,NiTi SMA无细胞毒性,表面氧化物膜层的存在有效抑制了Ni的析出,细胞相容性的提高促进了L929成纤维细胞的增殖。