醫(yī)用鈦合金材料表面改性摘要：金屬材料是生物醫(yī)學(xué)材料中應(yīng)用最早的由金屬具有較高的 強(qiáng)度和韌性，適用于修復(fù)或換人體的硬組織，早在一百多年前人們 就已用貴金屬鑲牙隨著抗腐蝕性強(qiáng)的不銹鋼、彈性模量與骨組織 接近銅鐵合金，以及記憶合金材料、復(fù)合材料等新型生物醫(yī)學(xué)金屬 材料的不斷出現(xiàn)，其應(yīng)用范圍也在擴(kuò)大 關(guān)鍵詞：鈦合金材料，表面涂層處理，表面改性 （一）醫(yī)用金屬與合金表面涂層處理（一）醫(yī)用金屬與合金表面涂層處理 金屬及其合金在生物體內(nèi)的生物活性、磨損、腐蝕問(wèn)題尚未解決， 需對(duì)其表面進(jìn)行改性表面改性不僅要抑制有害金屬離子的溶出， 而且要促進(jìn)組織的再生和加強(qiáng)材料與組織結(jié)合 生物鈦合金材料的表面改性技術(shù)主要可以分為： （1）物理化學(xué)方法（2）形態(tài)學(xué)方法（3）生物化學(xué)方法 1 1 物理化學(xué)方法物理化學(xué)方法——改善金屬生物材料表面性能的主要方法 （（1 1）熱噴涂）熱噴涂 熱噴涂是利用一種熱源的火焰將粉末狀的金屬或非金屬噴涂材料 加熱熔融并軟化，并用熱源自身的動(dòng)力或外加高速氣流霧化，使噴 涂材料的液滴以一定的速度噴向經(jīng)過(guò)預(yù)處理干凈的基體表面，依靠 噴涂材料的物理變化和化學(xué)反應(yīng)，與基體形成結(jié)合層的工藝方法。

可分為電弧噴涂、等離子噴涂、火焰噴涂、爆炸噴涂等 （（2 2）脈沖激光融敷）脈沖激光融敷 是在低輸出功率、高掃描速速的脈沖激光照射下，將涂敷材料融敷 在基體表面的方法 （（3 3）離子濺射）離子濺射 離子濺射以高速離子轟擊靶材，使涂敷材料粉粒濺射并沉積在金屬 基體 （（4 4）噴砂法）噴砂法 用噴砂機(jī)將涂敷材料粉末直接高速噴出鑲?cè)牖w表面 （（5 5）電化學(xué)法）電化學(xué)法 電化學(xué)法是用電化學(xué)的方法，通過(guò)調(diào)節(jié)電解液的濃度、PH 值、反應(yīng) 溫度，電場(chǎng)強(qiáng)度，電流等來(lái)控制反應(yīng)的制備方法 （（6 6）離子注入法）離子注入法 離子注入改性是將所需的元素在離子氣化室中進(jìn)行氣化，通過(guò)高頻放電使其離子化，以外加電場(chǎng)導(dǎo)出、聚束和加速，使其形成高能細(xì) 小的離子束而打入作為靶的固體材料表面，從而達(dá)到改變材料表層 性能的方法非熱平衡過(guò)程，不受冶金學(xué)規(guī)律的限制，可以將任何 元素原子加速注入粉盒材料之中；離子注入過(guò)程是低溫過(guò)程，不會(huì) 引發(fā)金屬靶材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)、成分和外部形狀的變化；同時(shí)離子注入 技術(shù)又是一種高度可控技術(shù)，通過(guò)控制注入能量與注入劑量可以準(zhǔn) 確控制靶材料的注入濃度、梯度和注入深度。

2 2 形態(tài)學(xué)方法：形態(tài)學(xué)方法： 在不改變金屬基體表層的化學(xué)組成的情況下，將其直接植入生物體 內(nèi)，從而達(dá)到對(duì)生物體組織在其上的粘附、生長(zhǎng)以及粘附強(qiáng)度產(chǎn)生 重要影響此方法并不在基體表面產(chǎn)生強(qiáng)化層或附加涂層，而是通 過(guò)改善植入體的表面微觀形貌來(lái)獲得最好的植入效果 形態(tài)學(xué)表 面改性工藝在提高結(jié)合強(qiáng)度的同時(shí)，一般不會(huì)減損材料的生物相容 性，是一種比較簡(jiǎn)單有效的表面改性方法其具體方法有：等離子 噴刷、超音振蕩、激光束點(diǎn)融以及電化學(xué)晶界腐蝕等 3 3 生物化學(xué)方法生物化學(xué)方法 將大分子蛋白質(zhì)或酶等有機(jī)高分子物質(zhì)引入基體表面，使其具有更 優(yōu)良的生物活性，因而具有更直接、更有效的特點(diǎn)這樣的材料可 以促進(jìn)植入處傷口的愈合，加速植入體與周?chē)M織的結(jié)合，同時(shí)也 可以提高植入體的安全性和使用壽命 大多數(shù)金屬表面存在一層氧化膜，一定條件下會(huì)與[H] 或 H+作用， 形成附于基體表面的-OH 羥基在這種情況下用 (APS) 對(duì)基體進(jìn)行 硅烷化處理，再通過(guò)戊二酸醛的作用將一些蛋白質(zhì)或酶的分子如胰 蛋白酶，以化學(xué)鍵聯(lián)接在基體表面上此方法是由美國(guó)科學(xué)家 David. A. Puleo 提出，它可以將活的生物分子固定在無(wú)機(jī)、非孔 狀、非松散生物材料的表面，從而使材料表面活性大大提高。

（二）提高鈦金屬表面改性（二）提高鈦金屬表面改性 1 1 提高生物活性的鈦合金表面改性提高生物活性的鈦合金表面改性 為了改善醫(yī)用鈦合金的生物活性，提高其血液相容性，通常是在鈦 合金表面制備一層生物活性陶瓷涂層目前，生物陶瓷涂層制備方 法主要有：等離子噴涂法、電泳沉積法、離子束濺射法、浸漬涂層 法、 射頻磁控濺射法、離子束動(dòng)態(tài)混合法、激發(fā)物激光沉積法、溶 膠-凝膠法、仿生溶液生長(zhǎng)法、整合-燒結(jié)法和浸涂-燒結(jié)法等 2 2提高耐磨損性能的鈦合金表面改性提高耐磨損性能的鈦合金表面改性鈦合金植入件應(yīng)當(dāng)具備良好的耐磨性，不會(huì)因經(jīng)常磨損而產(chǎn)生假體 松目前應(yīng)用的醫(yī)用鈦合金雖然具有優(yōu)良的耐蝕性和比強(qiáng)度，但耐 磨性較差，為了提高鈦合金的耐磨損性能，通常是利用表面處理工 藝在鈦合金表面形成一層耐磨涂層 ，常用的耐磨表面涂層有類(lèi)金剛 石碳(DLC)膜、氮化鈦(TiN)涂層等 （（1 1）） 類(lèi)金剛石涂層類(lèi)金剛石涂層 類(lèi)金剛石碳膜具有先進(jìn)的化學(xué)、電子、光學(xué)和力學(xué)等方面的諸多優(yōu) 異性能，如極高的硬度、化學(xué)惰性、低摩擦系數(shù)、高阻抗、良好的 熱傳導(dǎo)性和優(yōu)良的光學(xué)透過(guò)性等，因而可以廣泛用作醫(yī)用矯形體的 耐磨保護(hù)層。

（2 2）） TiNTiN 涂層涂層 TiN 具有高硬度、優(yōu)良的摩擦磨損性能、良好的化學(xué)惰性、獨(dú)特的 顏色，這些非凡的特點(diǎn)使其在耐磨和耐腐蝕的表面涂層有廣泛的應(yīng) 用此外由于其生物相容性已得到了醫(yī)學(xué)界的承認(rèn)，從而也為其在 臨床醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用奠定了一定的基礎(chǔ) 3 3 提高耐腐蝕性能的鈦合金表面改性提高耐腐蝕性能的鈦合金表面改性 腐蝕的機(jī)理腐蝕的機(jī)理 本質(zhì)上是電化學(xué)腐蝕 其腐蝕原理與原電池的工作原理相類(lèi)似 腐蝕分類(lèi)：腐蝕分類(lèi)：(1) 全面腐蝕 (2)局部腐蝕: ① 點(diǎn)蝕；② 晶間腐蝕； ③ 縫隙腐蝕 (3) 磨蝕(4) 應(yīng)力腐蝕(5) 疲勞腐蝕(6) 電偶腐蝕 提高金屬的抗腐蝕性能的途徑：（1）在材料表面形成保護(hù)層-生物 陶瓷 （2）提高材料表面光潔度 鈦合金生物材料的展望鈦合金生物材料的展望隨著人民生活水平的提高及對(duì)健康的更高要求，對(duì)生物醫(yī)用材 料的需求量正在迅速地增長(zhǎng)盡管近年來(lái)人們運(yùn)用表面工程的方法 對(duì)提高醫(yī)用鈦合金材料的性能(生物活性和相容性、耐磨耐蝕 性)開(kāi) 展了大量的工作并取得進(jìn)展，但涂層與鈦合金基體的界面結(jié)合強(qiáng)度 較低仍是困擾鈦合金植入體臨床應(yīng)用的瓶頸問(wèn)題 因此從仿生原理、組織工程原理、基質(zhì)控制礦化的思路出發(fā)， 兼顧涂層的高耐磨性、優(yōu)良的耐蝕性和生物相容性，研究適合鈦合 金特性 的多功能表面涂層體系，運(yùn)用新的涂層形成原理開(kāi)發(fā)涂層制 備新工藝是今后醫(yī)用鈦合金表面改性的一個(gè)重要發(fā)展方向。

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