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Mg或Ca植入Cu/TiN复合膜中的抗菌性及生物性能研究

离子注入；Cu/TiN复合膜；长效抗菌

  Ti-6Al-4V是近年来最常用的医用植入物金属材料，其具有耐磨性差、抗菌性不佳、有毒离子析出等缺点，在钛合金表面涂覆薄膜或者进行离子注入是提高材料性能的一种非常有效的方法[1]。铜（Cu）是大多数生物的必需微量元素，价格相对便宜，不仅有利于血管生成，而且具有持久的抗菌作用[2]，本文选用Cu作为抗菌元素，采用磁控溅射设备在TiN涂层中同时掺杂Cu,制备具有阻止有毒离子析出且长期抗菌优点的Cu/TiN复合膜。众所周知，镁（Mg）和钙（Ca）都是人体骨骼构成的必需成分，在人体内有相似的作用，有研究表明Mg和Ca注入植入材料均有利于成骨细胞的分化[3、4]。本文采用等离子体浸没离子注入(PIII)技术将Mg或Ca分别注入Cu/TiN复合膜表面，对比研究何种离子注入后有更佳的抗菌性及生物性能。运用一系列的表征方法（如：XPS、SEM、AFM等）分析了不同样品的表面性质，证实镁、钙和铜以金属和氧化态存在于表面，经过沉积和注入后样品表面形貌变粗糙，更有利于细胞在表面的攀附。接触角试验表明，经过改性的生物涂层表面亲水性随之变化，继而影响蛋白质吸附能力，Mg注入Cu/TiN复合膜样品（Mg-Cu/TiN）的亲水性优于别的样品，蛋白质吸附能力也最佳。选用 L929 细胞及MC3T3-E1细胞分析其在样品表面的细胞增殖和粘附情况，证实Mg-Cu/TiN也具有最佳的细胞增殖和粘附性，这与其最粗糙的表面形貌以及镁更优的生物活性有关。选用大肠杆菌进行涂布平板法探究其在样品表面的存活情况，结果表明离子注入后的样品的抗菌性有明显的改善，这是因为涂层内两种离子协同作用更有利于杀死膜层表面的细菌，Mg-Cu/TiN具有最优的抗菌性能，可能由于Mg²⁺相较于Ca²⁺具有更好的抗菌性[3]。综上所述，本研究结果在生物医学中具有很大的应用前景。