基于贻贝仿生构建高效抗菌及良好血液相容性的聚胺-酚表面

目的 赋予血液接触类材料优异的表面抗菌性能。方法 受天然贻贝黏附现象的启发,通过多巴胺(Dopamine,DA)、ε-聚赖氨酸(ε-Poly-L-lysine,ε-PL)、高碘酸钠(Sodium Periodate,NaIO4)构建一种简易、快速的聚胺-酚涂层(ε-PL@PDA),同时利用ε-PL丰富的氨基质子化形成的阳离子,实现表面高效抗菌的目的。其中DA和ε-PL通过共价交联形成酚胺聚合物,酚胺共同介导基底材料黏附形成涂层。通过傅里叶变换红外光谱(FTIR)、X射线光电子能谱(XPS)、场发射扫描电镜(SEM)、椭圆偏光、氨基定量、水接触角(WCA)等材料学表征评价ε-PL@PDA涂层的理化性能;通过菌落计数法、细菌活/死染、液体法等细菌实验评价涂层抗菌性能;通过内皮细胞黏附与增殖实验评价其细胞相容性;通过血小板黏附与激活及半体内血液循环实验验证其血液相容性。结果 材料学表征结果证明,ε-PL@PDA富氨基涂层成功制备,同时ε-PL的浓度大小会影响涂层的沉积过程;细菌实验表明,ε-PL@PDA涂层具备优异的抗菌性能,当ε-PL质量浓度为3 mg/mL时,对大肠杆菌和表皮葡萄球菌的抑制率高达91%;细胞实验和血液相容性实验表明,相较于316不锈钢(316L SS),ε-PL的质量浓度为3、30 mg/mL时,涂层均不会促进细胞毒性增强、血小板黏附和激活以及血栓形成。结论 ε-PL@PDA涂层能够在不影响细胞相容性和血液相容性的基础上有效提高表面抗菌能力,因此,该高效便捷且适用性强的表面抗菌策略或有助于解决临床血液接触类器械细菌感染等问题。     

基于贻贝灵感和点击化学构建的高效抗菌涂层

目的 通过对材料表面进行改性,形成一层具有抗菌肽(ABP)分子的涂层,使得材料具有高效抗菌的功能。方法 利用多巴胺(DA)邻苯二酚结构的黏附能力以及己二胺(HD)的多胺化学结构,将DA与HD按照一定的配比混合,通过简单的一步分子自组装,在材料表面构建多巴胺-己二胺(DA/HD)基底涂层。通过DA/HD涂层表面丰富的氨基与叠氮化的NHS(NHS-N₃)发生酰胺反应,从而在DA/HD涂层表面引入叠氮基团,得到N₃涂层。再通过点击反应在N₃涂层表面接枝ABP,得到ABP涂层。通过在多种不同材质表面制备DA/HD涂层与进行氨基量密度测定,对DA/HD涂层的广谱适用性进行分析。利用水接触角测量仪(WCA)、傅里叶变换红外仪(FTIR)、X射线光电子能谱仪(XPS)、耗散型石英晶体微天平(QCM-D)以及椭圆偏振光谱仪等,对涂层亲疏水性、成分及结构等进行检测分析。通过细菌试验检测以及与多种已报道抗菌涂层的抗菌率进行综合比较来评价ABP涂层的抗菌性能。结果 在多种不同材质表面都能成功制备DA/HD涂层,且具有较高的氨基量密度,表明DA...     

TiO_2纳米管/PLGA可降解多孔支架材料的制备

为了增加无机-有机杂化材料的稳定性和均一性,满足其在组织工程领域的实际应用。本文采用接枝法修饰二氧化钛纳米管,随后将其与丙交酯-乙交酯共聚物(PLGA)复合。并利用溶液浇铸/粒子浸出法制备出组织工程用多孔生物支架。采用核磁(1H-NMR)、傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)、热重分析(TGA)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)等对杂化支架材料的结构与形貌进行表征;并研究了杂化支架与纯的PLGA支架表面矿化行为以及表面亲水性能。结果表明:TiO2纳米管接枝到PLGA表面,分布较均匀,且平均接枝量为18.8%左右;TiO2纳米管/PLGA杂化支架更有利于钙磷层的沉积以及其表面亲水性能的提高。     

锌锶共掺杂TiO_2多孔涂层的抗菌及生物相容性

为改善钛的抗菌性能和生物活性,采用微弧氧化(MAO)技术在纯钛表面制备了锌掺杂TiO_2涂层(M-Zn)、锶掺杂的TiO_2涂层(M-Sr)和锌锶共掺杂TiO_2涂层(M-Zn/Sr)。利用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)对制备的涂层的组织结构和成分进行分析;采用平板计数法研究了涂层的抗菌性能;利用细胞荧光染色和甲基噻唑基四唑(MTT)的方法探究了细胞在材料表面的生长状况。结果表明:形成的TiO_2涂层都是典型的多孔结构,主要由金红石和锐钛矿相组成,锌、锶的掺杂对涂层形貌影响不大。M-Zn/Sr涂层中锌、锶的原子数分数分别为7.9%和1.7%。M-Zn及M-Zn/Sr涂层大肠杆菌展现了良好的抗菌性能,抗菌率接近100%。M-Zn、M-Sr和M-Zn/Sr均能促进成骨细胞增殖,M-Zn/Sr涂层具有抗菌和细胞增殖的双重功能。     

NH2-ZIF-7 MOFs负载羧基化苯并异噻唑啉酮防污剂的制备和抗菌防污性能研究

目的 开发长效缓释且具有生物相容的绿色环保防污剂,消除防污剂在涂层中初期“爆释”、后期无法释放的弊端,实现新型缓释剂长效防污的功效。方法 通过简单的浸渍法负载防污剂分子,实现有效且缓慢释放;通过SEM、TEM观察负载前后纳米粒子的形貌;通过FT-IR、XRD、TGA、XPS、BET探究客体分子与纳米容器间的耦合作用,利用UV-Vis测试其释放性能;通过抑菌圈、平板菌落计数法、浊度法测试其抑菌性能;通过激光共聚焦观察涂层表面防细菌/藻类贴附性能。结果 氨基ZIF-7(NH2-ZIF-7)成功负载羧基化1,2-苯并异噻唑啉-3-酮(BIT-COOH),实现了有效封装和稳定释放,并且金属有机框架材料负载后(NH2-ZIF-7@BIT-COOH),革兰氏阴性菌(E.coli)和革兰氏阳性菌(S.aureus)的抑菌圈直径分别提高至(21.7±0.2)和(21.7±0.3)mm。进一步利用激光共聚焦观察涂层表面的细菌/藻类贴附情况,表明添加质量分数4%NH2-ZIF-7@BIT-COOH的混合树脂涂层具有优异的防细菌/藻类贴附性能。结论 利用NH2-ZIF-7封装BIT-COOH防污剂,可有效捕获、稳定释放并具有优异的抗菌性能,另外在丙烯酸树脂涂层中加入NH2-ZIF-7@BIT-COOH新型缓释防污剂能够有效抑制细菌/海藻的贴附,为新型缓释长效广谱低毒的防污剂开发提供了新的思路。     

硬质合金金刚石涂层的附着性能

将表面低Co含量(Co含量≈0.38wt%)的硬质合金基体在微波等离子体化学气相沉积装置中进行金刚石涂层,用扫描电镜(SEM)对金刚石涂层进行形貌分析,用EDAX确定硬质合金表面Co的含量,用压痕法和划痕法评价金刚石涂层与基体间的附着性。研究结果表明:不同厚度的金刚石涂层均具有良好的晶型。虽然涂层厚度增加,但是基体表面Co含量较少,是形成涂层/基体附着性能良好的主要原因,6μm的金刚石涂层具有较好附着性能。     

溶胶凝胶法制备燃料电池金属双极板抗氧化导电涂层

通过溶胶凝胶法在铁铬合金表面制备La1-xCaxCrO3涂层以改善其高温抗氧化性能.采用红外光谱(IR)测定溶胶所含官能团,用差热分析(DTA)、热重法(TG)、X射线衍射法(XRD)分析涂层的相变规律,并用扫描电镜(SEM)等观察涂层结构和对比氧化腐蚀的表面形貌.结果表明,通过溶胶-凝胶法在铁铬合金表面形成的均匀涂层能有效防止氧化行为发生,并具有良好的电导率,是高温下对金属双极板有效的保护方法.     

(Ti,Al)N梯度涂层高温氧化表面形貌分析

利用MIP-8-800型电弧离子镀设备，在发动机压气机叶片材料1Cr11Ni2W2MoV不锈钢表面沉积了(Ti1-xAlx)N梯度纳米涂层。对其进行了700℃不同何温时间高温氧化性能实验。采用XL-30FEG型扫描电子显微镜对氧化后的涂层表面进行了观察分析。观察结果表明，(Ti1-xAlx)N梯度纳米涂层中，当x≥0．25时，所形成的A12O3氧化层是致密完整连续的，具有良好的抗高温氧化性能。     

掺锌羟基磷灰石-沸石/聚己内酯复合材料作为镁基体涂层提高其体外腐蚀和抗菌性能（英文）

开发掺锌羟基磷灰石-沸石(Zn HA-Zeo)和聚己内酯(PCL)复合涂层,以提高镁基体的耐腐蚀性能和抗菌性能。采用浸涂技术在室温下将Zn HA-Zeo/PCL涂覆在镁基体上,对样品进行场发射扫描电子显微镜(FESEM)、X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、能量色散X射线光谱(EDX)和抗菌电位测试。结果表明,复合涂层由羟基磷灰石(HA)、磷钙锌石(scholzite)、沸石和PCL相组成。EDX谱显示钙(Ca)、硅(Si)、铝(Al)、锌(Zn)、磷(P)和氧(O)元素的存在。复合涂层表面的显微形貌为球形,厚度为226～260μm。掺锌HA-Zeo复合涂层具有较高的耐蚀性,对镁基体表面提供足够的保护,使其不被电流腐蚀。与未掺杂的涂层相比,掺锌HA-Zeo涂层对大肠杆菌具有更好的抗菌活性。综合结果表明,Zn HA-Zeo涂层不仅具有良好的耐腐蚀性能,而且具有良好的抗菌性能,可作为种植体应用的理想材料。     

脉冲电化学沉积法制备钛基HA/Ag复合涂层

采用脉冲电化学法在生物医用钛表面制备出纳米HA/Ag复合涂层。借助SEM、XRD等对复合涂层的形貌、成分进行表征。利用大肠杆菌和白色葡萄球菌两个菌种对该涂层抗菌性能进行分析研究。最后利用MC3T3-E1成骨细胞检测复合涂层的细胞相容性。结果表明：HA/Ag复合涂层呈纳米球状,由HA和Ag两相组成。Ag在HA涂层中分布均匀。复合涂层对两种细菌均有较好的抗菌效果,对大肠杆菌抗菌率达100%,对白色葡萄球菌的抗菌率接近100%,对大肠杆菌的抗菌能力高于白色葡萄球菌。细胞培养实验表明MC3T3-E1成骨细胞在HA/Ag复合涂层表面的黏附、铺展较好。综合可知,脉冲电化学沉积法制备的纳米HA/Ag复合涂层具有较好的抗菌性和细胞相容性     

硬质合金基体对TiAlN/TiAlSiCrN/TiSiN多层涂层结构和机械性能的影响

采用电弧离子镀在YT15、YG6、YG10这3种WC基硬质合金基体上沉积了TiAlN/TiAlSiCrN/TiSiN多层涂层,并对所沉积涂层的截面形貌、截面成分、晶体结构、硬度及结合强度进行了检测与分析。结果表明:TiAlN/TiAlSiCrN/TiSiN多层涂层呈内、中、外的"三层"结构。WC基硬质合金基体通过涂层-基体界面处元素的扩散影响沉积在基体表面涂层的结构,YG10基体中W、Co元素向涂层的扩散明显,削弱了涂层的柱状结构,而YT15和YG6基体上所沉积涂层其Ti、Al元素向基体的扩散,对TiAlN内层柱状结构的影响并不明显。多层涂层的晶体取向均以TiN(200)和CrN(200)为主,且不同硬质合金基体上沉积的涂层其衍射峰强度不同。沉积在YG10表面的涂层获得最大硬度,为4 600.13 HV。基体与涂层硬度差影响涂层结合性能,硬度差越小,涂层结合性能越好,沉积在YG6上的涂层其结合性能最好,临界载荷为103.32 N。     

耐热钢表面TiAlCrN/NiCrAlY涂层的制备和热震性能

X12CrMoWVNbN10-1-1耐热钢因其优良的性能被用作超超临界蒸汽轮机转子和叶片材料,缺点是随着温度的升高,其性能迅速下降。采用真空电弧离子镀在该耐热钢表面沉积TiAlCrN/NiCrAlY涂层,研究了该涂层的表面形貌、截面形貌、成分和结合力,同时还研究了该涂层在650℃条件下的热震性能。结果表明:使用真空电弧离子镀可制备厚度为8μm的致密TiAlCrN/NiCrAlY涂层,表面成分为Ti0.51Al0.17Cr0.16N0.15。涂层的临界开裂应力L_(C1)为25N,涂层与基体剥离的临界载荷L_(C2)大于60N。通过沉积TiAlCrN/NiCrAlY涂层可显著提高该耐热钢的抗热震性能。     

聚乳酸-聚吡咯/银多层复合抗菌薄膜的制备与性能表征

目的提高聚乳酸(PLA)薄膜的抗菌性能。方法受到导电高分子材料可以通过静电作用方式起到抗菌作用的启发,利用Fe~(3+)引发吡咯(Py)在PLA薄膜表面发生化学氧化反应,聚合形成抗菌涂层(PPy),成功制备出PLA-PPy多层复合抗菌薄膜。采用等物质的量Ag~+替代Fe~(3+),引发Py在PLA薄膜表面聚合形成双重抗菌涂层(PPy/Ag),成功制备出PLA-PPy/Ag多层复合抗菌薄膜,并探讨了不同氧化剂和Py浓度对多层复合薄膜结构和性能的影响。结果当PLA薄膜表面积为72 cm~2,水溶液体积为40 mL,Fe Cl_3·6H_2O的浓度为0.047 mol/L,Py的浓度为0.223 mol/L时,PLA-PPy多层复合薄膜的表面PPy层结构致密,拉伸强度(40.1 MPa)和断裂伸长率(24.9%)分别降低了7.6%和12.6%,热稳定性得到较为明显的提高。此外,PLA-PPy/Ag与PLA-PPy多层复合薄膜表现出相似的力学性能和热稳定性。更为重要的是,相比于PLA-PPy多层复合薄膜,PLA-PPy/Ag多层复合薄膜表现出更为优异的抗菌特性,大肠杆菌的菌落总数降低至2.9×10~6 CFU/cm~2,相比于纯PLA薄膜(4.8×10~(10) CFU/cm~2),降低了超过4个数量级。结论相比于完全采用成本较高的纳米银离子负载抗菌方式来说,较低成本的双重抗菌涂层(PPy/Ag)将会在PLA活性包装领域具有一定的研究意义。     

沉积偏压对AlCrTiN纳米复合涂层力学与抗高温氧化性能的影响

沉积偏压对涂层的结构与性能具有重要影响,为研究其对AlCrTiN纳米复合涂层成分、组织结构、力学与抗高温氧化性能的影响规律,采用磁控溅射技术,改变沉积偏压(-30、-60、-90、-120 V)制备四种AlCrTiN纳米复合涂层。利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、纳米压痕仪等仪器表征涂层的组织结构、成分、力学性能和抗高温氧化性能。研究结果表明：不同偏压下制备的AlCrTiN纳米复合涂层均为NaCl型fcc-(Al,Cr,Ti)N相结构。随着沉积偏压增大,涂层由沿(111)晶面择优生长转变为无明显的择优生长取向,晶粒尺寸降低,残余应力和硬度增大。偏压为-90 V与-120 V时,涂层表面更加致密,具有更高的硬度和弹性模量。在800℃与900℃氧化1 h后,所有涂层表面均生成一层连续致密的Al₂O₃膜。随着沉积偏压增加,氧化膜厚度逐渐降低,表明抗高温氧化性能逐渐增强,这是因为高偏压下涂层组织更致密,且晶粒更细小。研究成果对AlCrTiN纳米复合涂层的综合性能提升与工程化应用具有一定指导意义。     

“生物医用金属材料表面改性”专题序言

正随着我国人民生活水平的提高和人口老龄化,生物材料迎来了快速发展时期。为促进材料学科与医学等学科交叉融合,本刊特策划一期"生物医用金属材料表面改性"专题。本专题内容主要涉及可降解金属镁、锌及其合金生物学功能(抗肿瘤、抗菌)和耐蚀表面处理最新进展。其中,1篇论文涉及异质金属诱发镁电偶腐蚀效应和氢气释放,以提高抗肿瘤效果;1篇综述涉及水滑石涂层生物医用;1篇论文涉及镁合金表面肝素/蒙脱石涂层的耐蚀性;2篇论文分别涉及镁、锌合金表面含Cu、ZnO涂层工艺及抗菌性能研究;4篇论文涉及可降解金属镁和锌微弧氧化(micro-arc oxidation,MAO)处理。     

高铝锌合金ZA27的特性及性能改善

简述了高铝锌合金ZA27的一些性能特点,如:优良的使用性能、良好的工艺性能、低廉的制造成本及其无火花性和抗腐蚀能力等,特别是其优异的摩擦磨损性能及减振性能等;并简述了ZA27合金晶粒细化和性能提高的方法, 以便更好地掌握高铝锌合金ZA27的性能特点及其加工方法.     

非连续金刚石/Ta基碳化物复合涂层结构及性能EI北大核心CSCD

为提升硬质合金的硬度和耐磨性,改善其与金刚石涂层的结合强度,先用双辉等离子表面合金化技术在其表面制备Ta金属层,再用化学气相沉积法对Ta金属层进行碳化-沉积复合处理,制备出非连续金刚石/Ta基碳化物复合涂层。研究了源极与工件极电位差对金属层的影响以及复合涂层的结构与性能。结果表明:制备的金属层均由连续致密的胞状α-Ta组成;随电位差的增大,Ta金属层的显微硬度和结合强度均先升高后降低;电位差为240 V时,Ta金属层的显微硬度和结合力最高,分别达1151HV0.2和117 N;碳化-沉积后,涂层由表面离散分布的非连续金刚石颗粒和TaxC(TaC、Ta2C)组成,其显微硬度提高至基体的1.8倍,磨损率仅为基体的45%。非连续金刚石/Ta基碳化物复合涂层具有良好的结合性能,能有效提升硬质合金的硬度和耐磨性能。     

UPDHES电泳涂层材料的制备及其防腐性能

目的研究电泳沉积条件及光交联对沉积胶束制备涂层形貌、性能的影响。方法首先通过自由基聚合制备可光交联双亲性丙烯酸酯共聚物(UPDHES),通过全反射红外、氢核磁共振(1H-NMR)对共聚物进行结构表征。然后,将可光交联双亲性丙烯酸酯共聚物在选择性溶剂中自组装形成胶束纳米粒子溶液,利用纳米粒度分析仪、透射电子显微镜(TEM)对胶束粒子的粒径和形貌进行表征。最后,以上述胶束溶液为沉积液,控制不同沉积条件,通过电泳沉积在316L不锈钢表面制备光交联涂层,利用扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)研究了电泳沉积条件及光交联对涂层形貌及性能的影响。同时,通过电化学工作站研究不同条件制备的涂层在1 mol/L HCl中的耐腐蚀性能。结果当沉积电压为5 V、沉积时间为3min时,电泳沉积制备的涂层表面光滑,具有较好的致密性和均一性,此时涂层的自腐蚀电位为-0.36 V,远高于不锈钢(-0.43 V),耐腐蚀性能最优。光交联后,涂层的附着力由2级增加至1级,自腐蚀电位增加至-0.34 V,耐腐蚀性进一步提高。结论电泳沉积胶束制备光交联涂层过程中,沉积时间、沉积电压均存在一最优值,此时制备的涂层结构完整,耐腐蚀性能最好。光交联可进一步提高涂层的耐腐蚀性能。     

等离子喷涂NiAl-MoO3/BaO复合涂层的高温摩擦学性能及润滑机理研究

目的 根据氧化物润滑离子势和阳离子极化率判据，研究MoO3/BaO复合对等离子喷涂NiAl基复合涂层的高温摩擦学性能影响，并阐明复合涂层的高温润滑机理。方法 采用等离子喷涂技术(APS)制备MoO3/BaO(1∶1)质量分数分别为20%、30%、40%的复合涂层。采用显微硬度计、万能材料试验机、摩擦磨损试验机等测试复合涂层的硬度、结合强度、摩擦学性能。通过扫描电镜(SEM/EDS)、X射线衍 射仪(XRD)、激光拉曼散射仪(Raman)和透射电子显微镜(TEM)分析涂层的微观组织结构、磨损表面形貌、物相结构等。结果 选用互作用参数较低和离子势差较大的MoO3/BaO作为复配润滑剂制备的NiAl-MoO3/BaO复合涂层有效改善了NiAl涂层的高温摩擦学性能，特别是NiAl-30% MoO3/BaO(1∶1)的复合涂层在800 ℃具有较低的摩擦系数(0.15)和磨损率(9.31×10^–5mm³/(N.m))。结论 复合涂层在600 ℃以上具有良好的减摩性能，高温促进了磨损表面形成新的三元高温润滑相BaMoO4、NiMoO4，并与MoO3 和NiO起到协同润滑作用，显著提升了复合涂层的高温摩擦磨损性能，同时摩擦对偶表面形成的复合氧化物润滑转移膜，降低了涂层的磨损率。     

GO-PTFE-C涂层改性Ti金属板的防腐性能研究

目的提高钛金属板的抗腐蚀性能。方法采用水热浸渍两道工序在Ti双极板上制备GO-PTFE-C复合改性涂层。使用0.1 mol/L葡萄糖溶液作为碳源,在170℃+10 h条件下,于反应釜中完成碳涂层制备。对获得的涂层进行热处理,浸渍5%(质量分数)的聚四氟乙烯(PTFE)溶液和不同浓度氧化石墨烯(GO)的混合悬浮液后,在350℃热处理得到涂层。采用傅氏转换红外线光谱分析仪(FTIR)、扫描电子显微镜(SEM)和能谱仪(EDS)分析表面形貌和成分,选取三电极体系并利用电化学工作站(CHI 660e)表征改性前后双极板电化学性能,在模拟质子交换膜燃料电池(PEMFC)环境中测试其抗腐蚀性能。结果与单一的碳涂层相比,GO-PTFE表面具有更多的C=O官能团,同时由于聚四氟乙烯表面的F与含氧官能团的氧原子电子云的诱导效应,涂层附着力明显提高。其中,采用5%PTFE+3 g/L GO浸渍的涂层的腐蚀电流密度和接触角分别为0.008μA/cm~2和103.6°,恒电位极化测试(0.6 V和-0.1 V)显示,涂层的腐蚀电流密度均低于1μA/cm~2。结论以碳涂层为基体,浸渍GO和PTFE的混合液后,制备所得的钛基双极板在PEMFC的双极板中显示出巨大的应用前景。