ZnO表面改性Zn-Cu组织工程支架的研究

目的 利用ZnO对Zn-Cu组织支架材料进行表面改性,以提高其亲水性和抑菌、抗菌性能.方法 采用气压渗流铸造法制备了理论孔隙率约为60％的Zn-xCu(x=0,1,2,3)合金组织工程支架,并利用水热法对Zn-xCu(x=0,1,2,3)组织工程多孔支架进行ZnO表面修饰.采用扫描电子显微镜、X射线衍射仪,对制备的多孔支架宏微观形貌、相组成进行了表征.通过滴液法测定样品表面接触角,评价了材料表面的亲/疏水性.采用细菌铺板法研究了ZnO表面修饰前后支架材料的抑菌、抗菌性能.结果 制备的支架体孔洞分布均匀,连通性良好.没有ZnO表面修饰的支架材料表面表现为强疏水性,利用ZnO进行表面改性后,支架材料的表面润湿性能明显改善.修饰后的Zn-3Cu支架抑菌效果更优,未经ZnO表面修饰的Zn-3Cu合金支架的有效灭菌最长距离为7.8 mm,经ZnO表面修饰后的Zn-3Cu合金支架的有效灭菌最长距离为9.8 mm,并且修饰后的Zn-3Cu支架材料浸提液与菌液共培养后分别划线与涂布,与空白菌液相比,菌落稀疏松散.结论 利用气压渗流铸造结合ZnO表面修饰的方法,可制备出具备一定抗菌性能且材料表面呈亲水性的Zn-Cu合金组织工程支架.     

金属钛表面微纳结构制备表征及其亲疏水性研究

利用阳极氧化法在TA1基底上制备了不同形貌的TiO2纳米薄膜。通过改变其氧化参数来控制薄膜的微观形貌,再在薄膜表面修饰低表面能物质以控制其表面能,制备出超亲水、亲水、疏水及超疏水表面,分析了影响表面润湿性的因素,材料表面微纳结构及表面能量共同决定固体表面的润湿性,在高能表面制备微纳结构则显示超亲水性,在低能表面制备微纳结构则表现超疏水性。实验表明,通过改变阳极氧化参数和表面修饰氟硅烷的方法控制TiO2表面的润湿性简单方便可行。     

修饰不同微结构对疏水性表面浸润性的影响

目的研究修饰微结构对疏水性材料表面浸润性的影响并指导制备超疏水表面。方法基于有限元软件建立了水滴在修饰不同微结构的疏水性表面的润湿模型,通过水滴表观接触角衡量分析了疏水材料表面修饰单一粗糙结构和复合粗糙结构对疏水性提升的效果,利用硅树脂掺杂微粒制备了不同粗糙度的疏水性涂层,涂层固化后测试其实际接触角大小,并与仿真结果对比。结果仿真结果显示,对水滴接触角为100°的表面修饰单一粗糙结构后,由于微结构形成的凹槽滞留空气,阻碍了水滴在表面铺展,使得水滴在表面的接触角增大至133°。在原微结构基础上修饰更小一级的微结构后,水滴在表面的接触角达168°,材料表面达到超疏水效果。实验中,随涂层表面粗糙度的提升,水滴在表面的接触角逐渐增大,掺混两种微粒的疏水涂层固化后,表面形成复合微观结构,水滴接触角达162°,与仿真结果拟合较好。结论在疏水性表面修饰微结构可显著提升其表面疏水性,修饰复合结构后可达到超疏水效果,此方法可用于实际工程制备超疏水表面。     

双组份改性聚氨酯材料强疏水防腐表面性能研究

以全氟烷基醇(TEOH-10)对二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)进行修饰,通过扩链剂进行封端在聚氨酯侧链同时引入氟碳基团和疏水性基团实现双组份改性异氰酸酯,并通过TEOH-10/MDI的摩尔比控制含氟基团(-CF_2CF_3)的数量,制备改性聚氨酯(FPU-s)。以傅立叶红外光谱、核磁共振谱进行成分分析,扫描电镜观察涂层表面形貌、组织结构,分析微相分离结构的影响因素;随着含氟量增加,水接触角达到123.1°而具有强疏水性。本实验通过新型化学改性的方式制备了高水附着力、强疏水性及低表面性等优良性能的防腐蚀改性聚氨酯材料。     

基于表面引发聚合构建表面抗菌功能化牙科植入体

目的 提高钛种植体的生物相容性能和抗菌性能。方法 用多巴胺包覆和表面引发聚合法将季铵化聚乙烯亚胺（QPEI）接枝到酸蚀钛片表面。通过扫描电子显微镜、水接触角测试、X射线光电子能谱（XPS）、激光共聚焦、细胞实验、动物实验等方法,分别评价修饰材料的表面形貌、亲水性、结构、抗菌性、细胞毒性、生物相容性和抗感染性能。结果 聚乙烯亚胺（PEI）上的叔氨基成功转变为季铵基团,通过多巴胺包覆及表面引发聚合的方法均可以在种植体表面成功接枝QPEI,但其抗菌性能和细胞相容性存在差异,通过表面引发聚合进行表面功能化的Ti-PGED-Q组的抗菌性能显著优于通过多巴胺自聚进行功能化的Ti-PDA-Q组,其抑菌率为89.69%。表面引发聚合修饰能影响早期细胞粘附,但对细胞增殖没有显著影响,并显著抑制了带菌种植体造成的体内炎症反应,材料在体内埋植7天时,其表面抑菌率为85.4%,起到良好的抗菌作用。结论 通过原位聚合法对种植体表面进行修饰,可以提高其表面的抗菌性能,并保持良好的生物相容性。     

非晶态合金薄膜铜衬底超精密抛光的实验研究

本文采用聚氨酯抛光盘和绒布抛光垫对铜衬底进行超精密抛光工艺研究,对铜衬底的表面粗糙度、材料去除率以及铜衬底表面组织结构变化过程进行了研究,并讨论了铜衬底在超精密抛光时,不同抛光条件对其表面粗糙度和材料去除率的影响,以及抛光压力对铜衬底的表面形成过程的影响。结果表明,采用聚氨酯抛光盘和绒布抛光垫可以消除划痕,抛光后的铜衬底表面粗糙度可达Ra6 nm。     

携载壳聚糖/rhBMP-2缓释微球的NiTi合金的制备及体外检测

采用层层自组装法联合溶解法在NiTi合金表面制作疏松多孔的聚丙烯酸(PAA)和聚丙烯胺盐酸盐(PAH)复合有机层,在该有机层表面进行壳聚糖/骨形态蛋白2(BMP-2)涂层处理。利用扫描电镜观察逐层处理后合金表面结构变化;用接触角检测仪检测材料表面亲水性;利用BMP-2ELASA试剂盒检测在模拟体液中rhBMP-2的释放情况;经过修饰的材料分别与小鼠成骨细胞共培养,检测不同时期培养液中碱性磷酸酶活性。结果表明:经盐酸溶蚀后PAA/PAH涂层广泛形成纳米至微米级的孔洞结构,经壳聚糖/rh-BMP-2溶液浸泡后孔洞被填充覆盖。改性后NiTi合金表面亲水角明显降低,在模拟体液中rhBMP-2释放的时间逐渐延长。改性后NiTi合金与小鼠成骨细胞共培养后碱性磷酸酶较对照组显著增加。说明改性后的合金亲水性显著改善,在模拟体液环境中rhBMP-2能够缓慢释放,具有促进小鼠成骨细胞增殖的能力。     

多级结构超疏水钛合金表面制备及性能

本文以Ti6Al4V钛合金为基材,利用微弧氧化和水热法在钛合金表面形成微纳复合多级粗糙结构,进一步通过氟化处理得到具有多级结构的超疏水钛合金表面。利用傅里叶变换红外光谱、能谱仪和场发射扫描电子显微镜等对材料表面结构和组成进行了系统的表征。利用水接触角对材料表面润湿性能进行了分析。因此,通过表面多级粗糙结构的构建以及低表面能处理,能够实现超疏水表面的构建。血小板黏附和溶血率测试结果表明材料表面具有较好的血液相容性。材料表面修饰前后耐腐蚀性能测试表明,超疏水结构能有效地降低材料表面与血液和腐蚀液的接触面积,进而降低材料表面与血细胞的相互作用,同时可以有效提高材料表面的耐腐蚀性能。     

氯化亚锡和纳米二氧化硅对PET材料表面亲水性影响

目的 提高PET材料的表面亲水性.方法 氯化亚锡与PET共混成膜后,采用共混接枝法,在共混膜表面接枝氨基化改性的纳米二氧化硅,制备出强亲水的PET材料.采用静态接触角、傅里叶变换红外光谱仪、原子力显微镜测试手段对PET材料表面进行表征.结果 氨基化改性的纳米二氧化硅能够成功接枝在氯化亚锡与PET共混材料表面.当氯化亚锡质量分数为0.3%时,共混膜接触角由98°下降到74.5°.共混膜接枝氨基化改性的纳米二氧化硅溶液20 h时,PET材料表面接触角由74.5°下降到7.8°,亲水性得到了极大提高.接枝膜浸泡于蒸馏水10 d后,PET材料表面接触角由7.8°上升至34.9°.结论 氯化亚锡与PET材料共混,接枝氨基化改性的纳米二氧化硅后极大地提高了PET材料表面的亲水性.     

基于多巴胺的铁表面改性和血液相容性评价

为了提高可降解材料铁的血液相容性,利用盐酸多巴胺在碱性条件下能发生自发聚合的特性,对铁表面进行了改性研究。由于聚多巴胺表面有活性反应基团,从而可以将BSA(牛血清白蛋白)固载到铁表面。利用FESEM、AFM、FTIR-ATR、接触角测定、MTT实验、溶血和血小板实验等对铁表面膜层的形貌、成分、亲水性、细胞毒性和血液相容性进行了研究。结果表明,在铁表面成功地修饰上了聚多巴胺BSA膜层,并且膜层没有明显的细胞毒性,能有效减少血小板的粘附。     

石墨相氮化碳杂化提高钼酸铋光催化材料降解活性

利用石墨相氮化碳对钼酸铋进行修饰,从而大幅度的提高光催化效率。采用X射线衍射分析、扫描电子显微镜和紫外可见分光光度计等分析方法,系统了解石墨相氮化碳修饰后钼酸铋催化材料的结构对其可见光催化性能的影响规律。分析石墨相氮化碳表面修饰材料与钼酸铋光催化材料之间的电子相互作用的本质以及对光生电荷传输的影响规律,通过具有共轭大π键体系的石墨相氮化碳杂化可以在钼酸铋界面上形成电子相互作用,促进光生载流子的传输及分离,揭示石墨相氮化碳与钼酸铋纳米片材料表面的表面状态及作用机理。     

多巴胺表面修饰在医疗领域的研究进展

多巴胺(DA)及其聚合物聚多巴胺(PDA)含有邻苯二酚基团、氨基等大量活性官能团,使其具有良好的黏附性、生物相容性、反应活性和还原性,被广泛用于医疗器械材料、船舶材料、传感器件材料、药物运输等材料表面的改性,其中对医疗器械材料表面的修饰研究前景尤为广阔。分析了多巴胺的理化特性及相关功能,归纳了多巴胺在生物工程材料上的应用,包括增强材料的骨组织再生能力和提高材料表面细胞的黏附、增殖等。在此基础上,重点综述了近年来多巴胺在医疗领域的改性研究进展,其中多巴胺对骨修复及骨移植材料的修饰包括复合材料和高分子材料等,多巴胺对牙种植体及牙修复材料的修饰包括纳米金属材料和合金材料等,多巴胺对新型医疗材料的修饰包括人工血管、人工韧带材料和医用膜材料等。阐述了改性材料的优缺点和作用,以及多巴胺如何对材料表面进行改性来弥补材料的缺陷。针对不同材料的多巴胺改性,分别从制备方法、实验对比结果等方面进行归纳。最后展望了多巴胺表面修饰技术的发展方向。     

超亲水-超疏油无机膜材料的制备及在油水分离中的应用

超亲水-超疏油无机膜材料具有抗污染能力强、环境耐受性好等优点，因而在含油废水处理领域具有较好的应用前景。介绍空气中超亲水-超疏油及超亲水-水下超疏油无机膜材料的制备理论基础，从选择膜改性材料角度出发，系统总结归纳空气中超亲水-超疏油和超亲水-水下超疏油2种无机膜材料的制备方法。制备空气中的超亲水-超疏油无机膜材料主要采用含氟材料，并构造亲水性粗糙表面，通过添加含氟材料降低膜表面能中的色散分量。构造亲水性粗糙表面的方法大多引入亲水性纳米颗粒，以增加膜表面能中的极性分量，从而获得亲水特性。制备超亲水-水下超疏油无机膜材料主要通过构造亲水性粗糙表面获得相应性能。材料的选取通常以亲水性聚合物和亲水性纳米颗粒为主。超亲水-超疏油无机膜材料大多应用于以含油废水处理与废油净化为主的环保领域，相较于“除水过油”处理方式，它具有耐油污性能好、通量高等优点。最后提出了目前该领域研究中存在的一些问题和不足之处，展望了该领域未来的发展方向。     

基于生物修饰的304不锈钢表面抗菌性能

为了研究生物修饰对材料表面抗菌性能的影响,利用多巴胺及三种生物多肽修饰304不锈钢的表面,利用傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)和接触角测量仪研究修饰后的材料表面性质,选用金黄色葡萄球菌(S.aureus)作为试验菌株研究样本表面抗菌性能,并通过超景深三维显微系统初步研究了样本表面形貌对抗菌性能的影响。结果表明,多巴胺和生物肽修饰后,样本表面的湿润性发生了改变,且都具有抗菌效果,1号多肽抗菌效果最好,多巴胺修饰样本的抗菌效果最差;不同颗粒度砂纸、不同抛磨压力处理的样本表面会影响材料表面性能,600号砂纸抛光的样本经生物修饰后抗菌效果优于2 000号砂纸抛光的样本,这个结论同样适用于开放环境中。     

激光刻蚀和阳极氧化对纯钛植入体表面性能的影响

钛本身为生物惰性材料,为了提高钛植入体的生物活性,制备出兼具微米级结构和纳米级结构的表面,发挥微纳米双级结构的协同效应。 采用纳秒激光刻蚀出微沟槽结构并在其表面进行阳极氧化,在钛表面制备了一种有序的微沟槽-TiO₂ 纳米管复合结构。 对各组不同表面结构的试件的表面形貌、粗糙度、亲水性、物相组成等进行表征。 应用生物矿化试验对不同组试件的生物活性进行评价。 与抛光表面相比,微纳米复合结构的表面粗糙度从 0. 281 μm 增加到 7. 297 μm,表面接触角从 73. 1°减小到 32. 1°,亲水性显著提高。 XRD 图谱显示,阳极氧化后经热处理的表面出现了锐钛矿(2θ= 26°)的特征峰,表明 TiO₂ 由无定型转变为锐钛矿型。 此外,与抛光表面和单一微/ 纳米结构表面相比,微纳组表面在模拟体液中浸泡 14 d 后沉积的羟基磷灰石层更致密。 采用激光刻蚀与阳极氧化制备的微纳复合结构可以显著提高钛表面的粗糙度和亲水性,且具有更加优异的生物活性。 此研究为在钛植入体表面构建规则的微纳米结构以改善生物活性提供了一种有效的方法。     

材料表面可控修饰新技术

聚合物"刷"是端接枝超薄聚合物层的形象描述,在材料表面形成聚合物"刷"是控制材料表面性质的一种有效手段.因其在材料表面结构分子设计中具有突出的优越性,近年引起了材料表面改性专家的广泛关注.介绍了表面引发可控/"活性"聚合制备可控聚合物"刷"技术,并展示了其在材料表面可控修饰中的应用.     

两种硅烷偶联剂修饰的铝合金表面超疏水性能研究

目的 探究硅烷偶联剂对铝合金超疏水表面性能的影响。方法 通过化学刻蚀并结合硅烷偶联剂修饰,在AMS 4037铝合金上制备超疏水表面。首先,通过HCl/H2O2混合液对铝合金进行刻蚀,在其表面构造具有多级蜂巢状的微/纳复合结构,再分别采用硅烷偶联剂和含氟硅烷进行疏水改性。详细研究2种改性剂的浓度对刻蚀铝合金表面润湿性的影响。采用接触角测量仪对材料表面润湿性和表面自由能进行测试,通过扫描电镜、能谱仪、激光共聚焦显微镜对表面微观结构和化学成分进行表征。同时,对2种硅烷偶联剂修饰的铝合金超疏水表面进行液滴冻结时间、防覆冰及自清洁行为测试。结果 铝合金表面的疏水性并不总是与改性剂的浓度呈正相关。当改性剂的质量分数为0.5%时,经硅烷偶联剂修饰后其刻蚀表面的接触角为156.3°,但滚动角大于30°,而经含氟硅烷修饰后其表面的接触角可达164.4°,滚动角为6°。液滴在硅烷偶联剂和含氟硅烷修饰后的超疏水表面的冻结时间分别为37、45 s。结论 相较于硅烷偶联剂修饰的刻蚀表面,含氟硅烷改性后其表面能更低,疏水效果更好。相较于未处理的铝合金表面,经硅烷偶联剂修饰后铝合金超疏水表面可显著抑制液滴的冻结过程,具有更长的冻结时间和延迟覆冰的能力,并且含氟硅烷修饰后表面的防冰性能更佳。自清洁实验也证明经含氟硅烷修饰后的表面具有更好的自清洁性能,其表面的微小灰尘颗粒更易被带走。     

碳离子注入医用Ti性能研究

采用等离子体浸没离子注入与沉积(PIIID)技术将碳离子注入Ti基体,研究碳离子注入对材料表面形貌、结构和组成的影响,评价改性材料的表面亲水性、荷电性、力学性能、耐腐蚀性以及细菌黏附能力和细胞相容性,探讨材料的结构和组成对其生物学性能的影响。结果表明,碳等离子体浸没离子注入与沉积(C-PIIID)技术处理的Ti基体表面主要由无定形碳组成。经碳离子注入改性,Ti表面形貌无明显变化,但其疏水性增加,表面负电性提升,表面力学性能和耐腐蚀性能得到提高。基体表面细胞的黏附、铺展和增殖情况良好,同时对大肠杆菌的黏附具有一定的抑制作用。     

纳米Au表面修饰ZnO的制备及其气敏性能

利用化学浴法制备了由六棱锥纳米分枝组成的多级分层花型结构的ZnO,并采用溶剂热法在所得ZnO材料表面均匀修饰Au纳米粒子。系统地研究了不同Au纳米粒子修饰量对ZnO气敏性能的影响。结果表明:Au纳米粒子的修饰能显著提高ZnO对丙酮气体的敏感性,当Au修饰量为10%(质量分数),工作温度为270℃时,ZnO表现出最佳灵敏度和选择性,是实际应用中良好的气体敏感候选材料。     

LaFe11.6Si1.4合金的常温吸放氢行为

利用化学浴法制备了由六棱锥纳米分枝组成的多级分层花型结构的ZnO,并采用溶剂热法在所得ZnO材料表面均匀修饰Au纳米粒子.系统地研究了不同Au纳米粒子修饰量对ZnO气敏性能的影响.结果表明:Au纳米粒子的修饰能显著提高ZnO对丙酮气体的敏感性,当Au修饰量为10％(质量分数),工作温度为270℃时,ZnO表现出最佳灵敏度和选择性,是实际应用中良好的气体敏感候选材料.