医用金属材料表面改性
生物医用金属材料的制备与性能研究
生物医用金属材料的制备与性能研究在现代医学领域中，金属材料作为一种重要的制备材料在生物医用方面起到了重要的作用。
这些材料具有良好的生物相容性和机械性能，能够用于骨创伤修复、人工关节等领域。
本文将探讨生物医用金属材料的制备方法和性能研究。
一、生物医用金属材料的制备方法生物医用金属材料的制备方法多种多样，常见的方法包括粉末冶金、溶液法、沉积法等。
其中，粉末冶金是一种较常用的方法。
该方法通过将金属原料加工成微米级的粉末，然后进行烧结或热处理等工艺，最终制备出具有一定强度和生物相容性的金属材料。
另外，溶液法也是一种常用的制备方法。
该方法将金属原料溶解于溶液中，然后通过沉淀、电沉积等方法控制金属沉积在基材上，最终制备出金属薄膜或涂层。
这种方法能够控制金属材料的成分和微观结构，提高其生物相容性和功能性。
二、生物医用金属材料的性能研究生物医用金属材料的性能研究包括机械性能、生物相容性、表面改性等方面。
其中，机械性能是指金属材料在应力、应变等外力作用下的特性。
通过测量金属材料的屈服强度、硬度、延伸率等参数，可以评估材料的强度和韧性。
这些机械性能对于金属材料在骨创伤修复等应用中至关重要。
生物相容性是评估生物医用金属材料在人体内被接受程度的指标。
金属材料与人体组织的相互作用会导致一系列生物学反应，如炎症反应、细胞增殖等。
通过体外和体内实验方法，研究人员可以评估金属材料的生物相容性，以确保其在人体内的安全性和稳定性。
表面改性是通过改变生物医用金属材料表面的化学组成和形貌，来实现其特定功能。
例如，通过表面涂层、微纳结构等方式，可以提高金属材料的附着性、抗菌能力等性能。
研究人员利用化学和物理方法对金属材料进行表面改性，以满足临床应用的需求。
三、生物医用金属材料的应用生物医用金属材料广泛应用于骨创伤修复、人工关节、心脏支架等领域。
例如，在骨创伤修复方面，钛合金和不锈钢等金属材料被制备成骨板、骨针等形式，用于骨折的固定和修复。
医用钛合金的表面改性
三 医用钛合金的表面改性方法
钛合金表面技术的发展大致经历了3个阶段:
1以电镀、热扩散为代表的传统表面技术阶段 2等离子体、离子束、电子束的应用为标志的
现代表面技术阶段
3现代表面技术的综合应用和膜层结构设计阶段
提高生物活性的钛合金表面改性
为了改善医用钛合金的生物活性，提高其血液相容 性，通常是在钛合金表面制备一层生物活性陶瓷涂 层。 业已研究的生物活性陶瓷涂层体系主要有羟基磷灰 石(HA).氟磷灰石(CFA).β -磷酸三钙甲-TCP ).
医用钛合金的表面改性
目录
一 国内外医用钛合金的研究进展 二 钛合金的表面改性研究 三 医用钛合金的表面改性方法
ห้องสมุดไป่ตู้
四 展望
一 国内外医用钛合金的研究进展
作为医用材料的重要组成部分，目前生物医用钛合金 研究的重点是在保证安全性的前提下寻找组织相容性 更好、耐腐蚀、持久性更好的多用途生物医用钛合金， 主要体现在以下3个方面:
谢谢！
提高耐腐蚀性能的钛合金表面改性
通过表面改性提高钛合金抗腐蚀性能的方 法很多，目前研究、应用较多的包括化学 钝化法、电化学钝化法、溶胶一凝胶法、 离子注入法、等。
四 展望
从仿生原理、组织工程原理、基质控制矿化的 思路出发，兼顾涂层的高耐磨性、优良的耐蚀 性和生物相容性，研究适合钛合金特性的多功 能表面涂层体系，运用新的涂层形成原理开发 涂层制备新工艺，发展和完善金属植入材料表 面涂层性能的评价体系是今后医用钛合金表面 改性的一个重要发展方向。
目前，生物陶瓷涂层制备方法主要 有:等离子喷涂法、电泳沉积法、 离子束溅射法等。
提高耐磨损性能的钛合金表面改性 目前应用的医用钛合金虽然具有优良的耐蚀 性和比强度，但耐磨性较差，为了提高钛合 金的耐磨损性能，通常是利用表面处理工艺 在钛合金表面形成一层耐磨涂层。
医用金属材料的药理
医用金属材料的药理医用金属材料广泛应用于医疗器械领域，如骨科植入物、心血管支架、牙科种植体等。
然而，金属与药物之间的相互作用、对药物代谢、作用效果的影响以及生物相容性、毒副作用、抗药性和抗菌性等方面的问题，需要引起关注。
1. 金属与药物相互作用金属与药物相互作用主要表现在金属离子与药物分子之间的配位作用。
例如，某些金属离子可以与药物分子结合形成复合物，从而影响药物的稳定性、溶解度和药效。
因此，在药物制备和使用过程中，需要考虑金属离子的影响，避免金属离子对药物的干扰。
2. 金属对药物代谢的影响金属可以对药物代谢产生影响。
例如，金属可以影响肝脏酶的活性，从而影响药物的代谢速率。
此外，金属还可能影响肠道微生物群落，改变肠道微生物对药物的代谢。
这些影响可能会导致药物疗效的降低或副作用的增加。
3. 金属对药物作用效果的影响金属对药物作用效果的影响主要表现在金属对药物靶点的调控。
例如，某些金属可以与蛋白质结合，影响蛋白质的结构和功能，从而影响药物的作用效果。
此外，金属还可能影响细胞的信号转导通路，进一步影响药物的作用效果。
4. 金属与生物相容性金属与生物相容性主要表现在金属与组织、细胞的相互作用。
对于医用金属材料而言，良好的生物相容性是必要的。
金属应不对人体组织产生毒副作用，不引起免疫反应和炎症反应。
此外，金属还应具有良好的耐腐蚀性能和稳定性，以适应医疗器械的使用环境。
5. 金属与毒副作用金属的毒副作用是医用金属材料的一个重要问题。
某些金属如镍、铬、钴等可能对人体产生毒副作用，如过敏反应、致癌作用等。
因此，在选择医用金属材料时，应充分考虑其毒性和生物安全性。
6. 金属与抗药性金属与抗药性的关系主要表现在金属对细菌耐药性的影响。
某些金属如铜、锌等可能诱导细菌产生耐药性，从而影响抗生素的有效性。
因此，在选择医用金属材料时，应避免选择可能导致细菌抗药性的金属。
7. 金属与抗菌性某些金属如银、铜等具有抗菌性能，可以用于医疗器械的表面涂层或合金成分，以降低感染的风险。
钛表面改性及其生物活性的研究的开题报告
钛表面改性及其生物活性的研究的开题报告
【题目】
钛表面改性及其生物活性的研究
【研究背景】
钛是一种常用的医用金属材料，其具有良好的生物相容性和力学性能，被广泛应用于人工关节、牙科种植、骨修复等方面。
然而，钛材料
的生物惰性使得其表面易受到微生物污染和体液吸附，影响了其应用效
果和寿命。
因此，对钛表面进行改性，提高其生物活性是当前研究热点
和难点之一。
【研究目的】
本研究旨在通过改变钛表面的化学组成、形貌、结构和表面能等方
面的特征，提高钛材料的细胞黏附能力、骨母细胞增生能力等生物活性，从而增强其应用效果。
【研究方法】
1. 钛表面化学处理：采用酸、碱、电化学氧化等方法使得钛表面形
成氧化钛膜、亲水性表面等。
2. 表面形貌处理：通过光刻、电化学蚀刻、溅射等方法在钛表面形
成纳米结构、微结构等表面形貌。
3. 生物学评价：通过细胞黏附实验、骨母细胞增殖实验、细胞免疫
荧光染色等方法，评价改性后钛表面的生物活性。
【预期结果】
改性后的钛表面具有良好的生物活性，细胞黏着、增殖、分化等生
物活性能力均有所提高，且具有优异的血液相容性和组织相容性，具有
广阔的应用前景。
【研究意义】
本研究对钛表面改性及其生物活性的研究有重要的理论和实践意义。
一方面，研究扩展了钛材料的应用领域和深度，为人工关节、骨修复、
牙科种植等临床医学应用提供了更好的选择；另一方面，研究对材料科
学与工程领域的发展也具有一定的推动作用。
骨科植入物的材料和表面改性技术
骨科植入物的材料和表面改性技术在现代医学和生物科技领域，骨科植入物已经成为了不可或缺的一部分。
顾名思义，骨科植入物是被植入人体用于修复和替换损坏或失去的骨骼组织的人工材料。
包括但不限于人工关节、骨板、钢钉、螺丝和支架等等。
通常，这些植入物需要具有可靠的生物相容性、物理强度和化学稳定性，以保证植入后的有效性和持久性。
骨科植入物的材料和表面改性技术，正在不断地被改进和发展，以解决现有的瓶颈问题，进一步提高植入物的质量和效果。
首先，骨科植入物的基本材料一般都是金属、可降解聚合物或生物陶瓷。
金属材料，如钛和不锈钢等，通常具有优良的力学性能、抗腐蚀性和稳定性，但是其生物相容性差，容易引起局部炎症和组织排异反应。
因此，钛的表面通常都会进行一定的改性，以提高其生物相容性。
可降解聚合物，如PLA和PGA等，不需要二次手术取出，但是它们的力学性能和质量容易受到周围生物环境的影响而变差。
相对而言，生物陶瓷材料常常被用于制作骨头修补材料，因为它们可以分解成无害的化学元素，且具有相似于骨骼组织的化学成分和结构形态。
其次，骨科植入物的表面改性技术也十分重要。
对于金属材料而言，表面的硬度、粗糙度和表面电位会影响细胞粘附和增殖，影响植入物的头一阶段的预后和后期稳定性。
为了提高骨科植入物的生物相容性和减轻周围炎症反应，一些表面改性技术被应用于骨科植入物，其中包括微电解加工、化学处理、热力处理和等离子体喷涂等。
例如，液相沉积法（LPC）被广泛应用于生物陶瓷涂层制备领域。
LPC可以在内部结构上不断的改进，控制其晶体取向和孔隙率，增加植入物与骨组织的接触面积，从而提高生物陶瓷涂层的结合强度。
类似的技术，也被广泛应用于其他类型的骨科植入物的制备和改进。
最后，需要注意的是，骨科植入物的材料和表面改性技术对于患者的健康和安全具有极为重要的作用。
目前，一些研究者还在探索并研制新的骨科植入物材料和新的表面改性技术，以进一步提高骨科植入物的可靠性、生物相容性和实用效果。
功能性材料表面改性与应用
功能性材料表面改性与应用功能性材料表面改性在现代材料科学领域中扮演着重要的角色。
通过改变材料表面的化学或物理特性，可以为材料赋予新的功能和性能，从而扩展其应用领域。
本文将重点探讨功能性材料表面改性的原理和方法，并介绍一些常见的应用案例。
一、功能性材料表面改性的原理和方法1. 原理功能性材料表面改性的原理是在材料表面引入新的化学成分或改变其物理结构，从而改变其表面性质。
这样可以调控材料的表面能、润湿性、电子传输性能、化学反应活性等特性，为材料赋予新的功能。
2. 方法功能性材料表面改性的方法多种多样，常见的方法包括化学修饰、物理修饰和生物修饰。
化学修饰是通过在材料表面引入新的化学官能团实现的。
例如，通过在有机高分子材料表面引入羧酸官能团，可以增加材料的表面能，提高其润湿性。
通过在金属表面形成化学键，可以通过表面反应改变材料的电化学性能。
物理修饰是通过改变材料表面的物理结构实现的。
例如，通过热处理、离子注入、溅射等方法改变材料表面的晶体结构和形貌，可以调控材料的光学、电子传输性能。
生物修饰是利用生物体系中的生物分子对材料表面进行修饰。
例如，利用蛋白质、多糖等生物分子的特殊性质，可以改变材料表面的生物相容性、细胞附着性能等。
二、功能性材料表面改性的应用案例1. 涂层材料的表面改性涂层材料是表面改性的重要应用领域之一。
通过改变涂层材料的表面特性，可以提高其抗腐蚀性能、附着力、耐磨性等。
例如，在航空航天领域中，利用表面改性技术可以制备出高温耐热、抗腐蚀的涂层材料，用于航空发动机燃烧室内壁的涂层保护。
2. 传感器的表面改性传感器是用于检测和测量物理、化学信号的装置，其表面改性可以显著提高传感器的灵敏度和选择性。
例如，通过在传感器表面修饰感光材料，可以增强传感器对光信号的响应能力，从而实现更高灵敏度的光学传感器。
3. 燃料电池的表面改性燃料电池是一种能够将化学能直接转化为电能的装置，其表面改性对提高电池的效率和稳定性至关重要。
一种金属材料表面改性的方法及其产品和用途[发明专利]
![一种金属材料表面改性的方法及其产品和用途[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/2222dc8c48d7c1c709a14535.png)
专利名称：一种金属材料表面改性的方法及其产品和用途专利类型：发明专利
发明人：王怀雨,童丽萍,刘涵霞,李志斌,朱剑豪
申请号：CN201710849379.7
申请日：20170920
公开号：CN107937880A
公开日：
20180420
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种金属材料表面改性的方法。
使用两步气体等离子体浸没离子注入技术和化学共价接枝，在金属材料的表面共价接枝抗菌肽。
该方法不影响金属材料主体性能，更加容易实现临床研究及应用。
抗菌肽具有抗菌谱广，不易产生抗药性的特点，且可以针对特定细菌进行抗菌肽设计。
另一方面，本发明技术操作简便，工艺简单，反应条件温和，可在常温下进行，效率高，成本低，可重复性好，后续清洗程序简单。
根据本发明的产品在生物医用领域具有很高的应用前景。
申请人：深圳市创新维度科技有限公司
地址：518055 广东省深圳市南山区桃源街道仙科路崇文花园17栋30层3单元
国籍：CN
代理机构：广州嘉权专利商标事务所有限公司
代理人：薛建强
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介入治疗中医用新材料及其表面改性技术的研究
关键词 ： 介 入 治疗 ； 医 用新 材 料 ；表 面 改性 ；生 物 相 容 性 ； 药 物 涂 层 支 架
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杨 大 智
（ 大连 理 工 大 学 生 物 医 学 工 程 研 究 中 心 ， 大 连 ｌ １ ６ ０ ２ ４ ）
摘 要： 本 文 首先 阐述 了介 入 治 疗 技 术 的 形 成 、发 展 、 内容 与 应 用 范 围 ，指 出 了 介 入 器
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组 织 相 容 性 ，与 植 入 物 的表 面 性 能有 关 。 因 而 ，植 入 物 要 达 到 良好 的生 物 相 容 性 ，必 须 同 时满 足 生物 力 学 性 能 和 表 面 性 能 要 求 。通 过在金属基 体表面制备生物惰性陶瓷薄膜 ， 可 以提 高 植 入 物 的抗 腐 蚀 性 和 血 液 相 容 性 ， 其 中研 究报 道 较 多 的 是 类 金 刚 石 薄 膜 ， 国 内 四川 大 学对 此 研 究 较 多 。此 外 ，Ｔ ｉ Ｎ 、Ｔ ｉ Ｃ 、 Ｔ ａ Ｎ 、Ｓ ｉ Ｃ 、Ａ ｌ ， ０ 、Ｔ ｉ ０ ２ 等 也 具 有 良好 的 血 液 相 容 性 ， 中科 院上 海 冶 金 所 和 西 南 交 通 大 学 等 利 用Ｉ Ｂ Ａ Ｄ 技 术 在 热 解 碳 上 生 长 氧 化 钛 薄 膜 ，用 于 改善 材 料 的抗 凝 血 性 能 ，收 到 了较 好 的 效 果 。但 以上 改性 膜 层 的 制 备 都 是 以人 工 心 脏 瓣 膜 的表 面 改性 为基 础 的 ，对 于 血 管 内金 属 植 入 物 的表 面 改性 研 究 方 面 ， 国 内外 报 道 较 少 。大 连 理 工 大 学 三 束 材 料 改性 国家 重 点 实 验 室 利 用 等 离 子 体 条 件 下 的 载 能束 对 材 料 表 面 进 行 改性 ，获 得 了类 金 刚 石 薄膜 ， 材 料 性 能 得 到 很 大 改 善和 提 高 ， 发现 植 入 物 与 血 液 界 面 之 间 的 相 互 作 用 机 制 有 其 独 特 性 ， 但 还 有 很 多 基 础 理 论 问 题 需 要 深 入 研 究。 在 金 属 植 入 物 表 面 固定 具 有 抗 凝 血 作 用 的 生物 活 性 物 质 是 提 高 植 入 物 血 液 相 容 性 的 另 一 途 径 。 肝 素 是 很 引 人 注 意 的 抗 凝 血 物 质 ， 目前 ， 能 够 释 放 肝 素 的高 分 子 材 料 作 为 短 期 使 用 的心 血 管 装 置 如 插 管 、导 管 等 ，在 临床 上 已获得 广 泛 应 用 。如 果 能够 在 金 属 基 体 表 面 制 备 可释 放 肝 素 的涂 层 ，则 可 根 本 解 决 金 属 支 架 与 血 液 界 面 相 容 性 问题 。 血 管 内支 架 与心 脏 瓣 膜 和 其 它 植 入 物 的 不 同之 处 在 于 支 架 的 植 入 需 要 其 具 有 良好 的 柔 韧 性 ，这 对 改性 膜 层 与 基 体 之 间 的结 合 强 度 提 出 了更 高 的要 求 。大 连 理 工 大 学 对 离 子 注 入 技 术 已进 行 了较 多 的研 究 ，通 过 离 子 注 入Ｎ 、Ｃ 、Ｐ 、０ 等 非 金 属 元 素 ， 行 生 物 陶 瓷 膜 的 沉 积 ， 由此 可 解 决 薄 膜 与 基 体 的结 合 力 问题 。 由于 材 料 的表 面 组 成 、 结 构和 性 能 （ 如 表 面 能 、表 面 电荷 、表 面粗 糙度 、 亲 水 性和
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物理化学方法
喷砂法原理
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离子注入法原理
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形态学方法
• 在不改变金属基体表层的化学组成的情况下，将 其直接植入生物体内，从而达到对生物体组织在 其上的粘附、生长以及粘附强度产生重要影响。 此方法并不在基体表面产生强化层或附加涂层， 而是通过改善植入体的表面微观形貌来获得最好 的植入效果。 形态学表面改性工艺在提高结合 强度的同时，一般不会减损材料的生物相容性， 是一种比较简单有效的表面改性方法。其具体方 法有：等离子喷刷、超音振荡、激光束点融以及 电化学晶界腐蚀等。
物理化学方法 形态学方法 生物化学方法
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物理化学方法
脉冲激光融敷
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离子溅射
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物理化学方法
• 4 . 喷砂法 用喷砂机将涂敷材料粉末直接高速喷出镶入基体表面。
• 5 . 电化学法 电化学法是用电化学的方法，通过调节电解液的浓度、PH值、反应 温度，电场强度，电流等来控制反应的制备方法。
• 6 . 离子注入法 离子注入改性是将所需的元素在离子气化室中进行气化，通过高频 放电使其离子化，以外加电场导出、聚束和加速，使其形成高能细 小的离子束而打入作为靶的固体材料表面，从而达到改变材料表层 性能的方法。非热平衡过程，不受冶金学规律的限制，可以将任何 元素原子加速注入粉盒材料之中；离子注入过程是低温过程，不会 引发金属靶材料内部结构、成分和外部形状的变化；同时离子注入 技术又是一种高度可控技术，通过控制注入能量与注入剂量可以准 确控制靶材料的注入浓度、梯度和注入深度。
随着人民生活水平的提高及对健康的更高要求，对 生物医用材料的需求量正在迅速地增长。尽管近年来人 们运用表面工程的方法对提高医用金属材料的性能(生 物活性和相容性、耐磨耐蚀性)开展了大量的工作并取 得进展，但涂层与金属基体的界面结合强度较低仍是困 扰医用金属植入体临床应用的瓶颈问题。
因此从仿生原理、组织工程原理、基质控制矿化的 思路出发，兼顾涂层的高耐磨性、优良的耐蚀性和生物 相容性，研究适合医用金属特性的多功能表面涂层体系 ，运用新的涂层形成原理开发涂层制备新工艺是今后医 用金属表面改性的一个重要发展方向。
形态学方法
实物图
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原理图
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生物化学方法
将大分子蛋白质或酶等有机高分子物质引入基体表 面，使其具有更优良的生物活性，因而具有更直接、更 有效的特点。这样的材料可以促进植入处伤口的愈合， 加速植入体与周围组织的结合，同时也可以提高植入体 的安全性和使用H] 或H+作用，形成附于基体表面的OH 羟基。在这种情况下用 (APS) 对基体进行硅烷化处 理，再通过戊二酸醛的作用将一些蛋白质或酶的分子如 胰蛋白酶，以化学键联接在基体表面上。此方法是由美 国科学家David. A. Puleo 提出，它可以将活的生物分子 固定在无机、非孔状、非松散生物材料的表面，从而使 材料表面活性大大提高。
医用金属材料表面改性
金属材料是生物医学材料中应用最早 的。由金属具有较高的强度和韧性，适用 于修复或换人体的硬组织，早在一百多年 前人们就已用贵金属镶牙。随着抗腐蚀性 强的不锈钢、弹性模量与骨组织接近铜铁 合金，以及记忆合金材料、复合材料等新 型生物医学金属材料的不断出现，其应用 范围也在扩大。
医用金属与合金表面涂层处理