面向老化钛种植体表面特性激活的无气流弥散射流改性研究

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钛因其优异的生物性能被广泛用作口腔种植体材料,但因存储过程中表面发生老化导致的钛种植体表面亲水性下降,是当前口腔种植治疗失败的重要因素之一。针对老化钛种植体进行术前临床即时改性,激活表面亲水性,对提高种植成功率具有重要意义。临床即时改性必须满足三个要求:装置简单易操作、改性均匀、处理时间短且亲水性维持时间长。目前已有的改性方法中,等离子体射流因其改性速度和效率受到广泛关注,但仍存在改性面积小、气体装置及操作复杂等问题。为此,本文研制了一种可满足即时改性要求的新型无气流弥散射流装置,基于该装置开展了老化钛片和老化钛种植体表面亲水性激活研究。主要工作如下:(1)创新性地研制了一种可产生大面积等离子体的无气流弥散射流装置,得到了具有弥散特性的等离子体射流,省去了复杂的气体供给系统和流量控制系统,满足临床即时改性装置简单易操作的要求。弥散射流前端径向尺寸可达17.5 mm,是现有无气流射流尺寸近7倍,提升了等离子体射流实用性。(2)研究了电源参数和结构参数对弥散射流放电特性的影响。电压幅值增大可提高放电弥散程度;射流长度和电流幅值随气隙间距增大而减小;管口内径较小时,放电随电压幅值增长表现为“电晕—射流产生—射流发展—通道贯穿”的渐变过程,且存在负向放电现象;管口内径较大时,放电表现为“电晕—通道贯穿”的突变过程。结合介质表面过程理论分析发现,弥散射流是外电场、表面电荷及空间电荷共同作用的结果。(3)研究了弥散射流对老化钛片的改性效果,发现弥散射流改性金属时较稀有气体射流更稳定、改性效率更高。改性仅40 s即可使钛片表面水接触角由90.4°降至0°,即表面由疏水变为超亲水,满足处理时间短的要求;X射线能谱和表面形貌分析表明,改性后钛表面的C-C和C-H含量减少,C=O、O-H和Ti O2含量显著增加,而原本微观结构不受影响。老化实验表明,经弥散射流激活后,钛表面的超亲水性至少能维持30 min,满足亲水性维持时间长的要求,且增加处理时间可增长超亲水性维持时间。(4)研制了适用于柱状钛种植体表面改性的弥散射流旋转处理装置,对钛柱改性120 s,可实现对整个钛柱表面的超亲水改性,满足改性均匀、处理时间短的要求。钛柱旋转转速较低时,因弥散射流产生的活性氧粒子受气流扰动影响较弱,可与钛柱表面作用更长时间,更有利于激活钛柱表面亲水性。
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