医用316L不锈钢表面Ti/TiB2多层膜制备及生物摩擦学性能研究

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医用316L不锈钢在医疗器械中获得广泛应用,然而在临床使用过程中仍然存在耐磨性能不足等一些问题。本文通过磁控溅射法在316L不锈钢表面制备Ti/TiB2仿生多层膜,并着重研究了仿生多层膜的调制结构(调制比、调制周期)、摩擦学因素(载荷、频率)与Hanks模拟体液的pH值对多层膜生物摩擦学性能的影响。  研究结果表明:采用磁控溅射法制备的Ti/TiB2多层膜,具有明显的层状周期结构,各子层界面清晰,薄膜表面平整、结构致密。随着调制比的增加,多层膜中TiB2层具有(001)方向择优生长取向。  随着调制比与调制周期的增加,多层膜与对磨副UHMWPE间的摩擦系数呈先下降后上升的趋势。当调制比为5、调制周期为4时摩擦系数最小(0.126),相对于316L不锈钢降低了34.3%。随着调制比与调制周期的增加,多层膜的开路电位(OCP)呈先上升后下降的趋势,调制比为5、调制周期为4时OCP最高为-0.237 V。所有的多层膜均能减轻316L不锈钢表面的粘着磨损和磨粒磨损程度,也降低了对磨副UHMWPE的磨损量。  随着载荷与频率的增加,316L不锈钢的摩擦系数和UHMWPE的磨损量都呈逐渐上升的趋势,且粘着现象加剧;而载荷与频率对多层膜的摩擦系数、UHMWPE的磨损量以及磨痕形貌影响较小。随着载荷与频率的增加,316L不锈钢和多层膜的OCP和摩擦后的自腐蚀电位都有不同程度的下降。  模拟体液的pH值对多层膜的摩擦系数和UHMWPE的磨损量影响较小、变化不明显,多层膜在酸性与碱性溶液的OCP和摩擦前后自腐蚀电位的降幅都高于中性溶液。316L不锈钢在酸性溶液中的点蚀电位降低,且其OCP和摩擦前后的自腐蚀电位在酸性溶液中的降幅高于中性与碱性溶液。  与316L不锈钢相比,多层膜的动态凝血时间明显提高,表现出较好的抗凝血性能;多层膜表面溶血率较低,血小板粘附数量少,没有发生明显的细胞团聚、伪足生长;多层膜表面的成骨细胞数量更多且细胞增殖活性更好,表现出优异的生物相容性。
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