钛合金表面主−被动抑菌改性方法研究进展

钛合金材料具有良好的耐腐蚀性、抗疲劳性和生物相容性,被广泛用于医疗领域,特别是可植入器械。医疗器械的型号多样、结构复杂、局部尺寸较小,且在使用过程中会接触多种媒介,极易黏附污渍,导致微生物的聚集,引发器械感染,安全、可靠的医疗器械是提高救治效率的关键。从细菌生长机制出发,将现有金属材料表面抑菌改性方法归纳为两大类:依靠抗菌涂层主动杀菌的改性方式和控制表面润湿性的被动抑制细菌黏附的改性方式。采用主动改性方式,虽然能从根本上杀死细菌,但是在实际应用中这些杀菌剂存在耐药性、成本高、生物毒性等问题。被动改性方式无法直接杀死细菌,一旦表面被细菌定植,就会失去抑菌效果。为了实现医疗器械表面高效、长时、安全的清洁,研究者提出主–被动协同抑菌改性方法,将化学杀菌方法与抗黏附抑菌方法相结合,充分发挥2种方法的优势,这是未来研究的重点。     

水下超疏油不锈钢网的制备及其油水分离性能研究

目的 利用简便工艺,得到具有抗菌和可循环性的油水混合物高效分离用水下超疏油不锈钢网(SSM)材料。方法 将酸洗预处理后的不锈钢网依次浸入羧甲基纤维素、海泡石分散液和壳聚糖季铵盐溶液中改性处理,得到可高效分离油水混合物的水下超疏油不锈钢网。利用接触角测量仪、扫描电子显微镜和傅里叶变换红外光谱仪等设备对改性后不锈钢网的微观形貌结构、润湿性、稳定性、抑菌性以及油水分离效果进行了测试分析。结果 改性后不锈钢网表面被成功地构筑了一层具有微/纳米级结构的绿色亲水涂层,在空气中水接触角可达到0°,水下对不同油的接触角都可达到150°以上(在经酸、碱、盐溶液腐蚀浸泡8 h及物理刮擦20次后依然如此);对于不同种类的油水混合物分离效率都可达到98%以上,经过20次循环分离及酸碱盐溶液腐蚀浸泡8 h后分离效率仍大于97%,且对于金黄色葡萄球菌具有良好的抗菌效果。结论 通过浸涂与液相沉积方法简便环保地在不锈钢网表面构筑了具有抗菌性的水下超疏油涂层,对于多种油水混合物都表现出优异的分离性能,本研究为超亲水-水下超疏油分离材料低成本绿色简便制备提供了新的思路。     

可生物降解镁及镁合金表面改性研究进展

生物医用镁及镁合金可降解吸收,具有良好的生物相容性,弹性模量与人体骨接近,是理想的人体植入物材料。在体液环境中,医用镁合金腐蚀速率较快,常常导致植入物过早失效。对镁合金表面进行适当改性,可调控合金降解速率、提高生物相容性。最常见的表面改性方法是在镁合金表面生成保护性涂层,这些涂层主要包括可降解高分子涂层和一些无机涂层。综述了近几年可生物降解镁及镁合金的表面改性涂层及改性技术的最新研究动态,探讨了镁及镁合金表面制备无机涂层和可降解高分子涂层的一些改性方法;简要介绍了阳极氧化、微弧氧化、离子注入、溶胶-凝胶、等离子喷涂及化学沉积等表面改性方法的原理,并比较其优缺点;提出了可生物降解镁及镁合金表面改性涂层研究中面临的问题,并展望了未来发展方向。     

石墨烯基涂层的性质及在抗菌和组织工程中的应用

石墨烯材料--石墨烯纳米片(Graphene nanoflakes,GFs)、氧化石墨烯(GO)或还原氧化石墨烯(rGO)、化学气相沉积技术制备的石墨烯膜(CVD-G),自问世起,迅速成为社会各界广泛关注的新型碳纳米材料。通过转移方法或者溶剂助技术,可以将CVD-G和表面含有亲水基团的GFs或GO涂覆于基体表面,形成石墨烯基涂层,涂层以其独特的形貌、结构、物理化学性质,呈现出良好的抗菌活性和细胞外基质特点,显著影响细胞的粘附、增殖和分化等行为。经过近十年的研究,生物活性石墨烯基涂层材料在细胞培养、细胞生长、组织工程支架和生物医疗器械中展示出巨大的应用潜力。着重围绕石墨烯涂层的成分和制备方法,总结具有抗菌活性的石墨烯材料所取得的重要成果与最新进展,围绕石墨烯基二维涂层(涂覆于基底的二维表面)和石墨烯基三维结构(基底为三维支架)对多种哺乳细胞的相容性和细胞行为调控,综述了石墨烯材料在组织工程支架和植入体表面改性中的研究进展,提出了生物活性石墨烯基涂层的研制方向与应用展望等。     

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...     

镁合金表面铝涂层研究进展

镁合金在现代工业中有着广泛的应用前景,但较差的耐蚀性能限制了其发展,沉积铝涂层技术作为改善镁合金表面性能的新技术得到了关注。综述了镁合金表面沉积铝涂层的技术研究现状,分析了此种技术的优势,介绍了在镁合金表面沉积铝涂层的几种主要方法:扩散铝涂层、物理气相沉积、化学气相沉积、高能束熔覆等,分析了各自的优缺点,并展望了镁合金表面铝涂层技术的发展趋势。     

钼及钼合金表面高温防护涂层的研究进展

系统总结了国内外关于钼及钼合金表面高温防护涂层的最新研究成果，分析了钼在不同温度区间的氧化特征，并基于涂层组织结构稳定性、涂层缺陷、涂层与基体界面结合强度、界面物理和化学相容性、氧扩散等多方面，概述了钼及钼合金表面高温防护涂层的性能要求。归纳了现阶段应用于钼及钼合金表面的高温防护涂层体系，主要包括单一硅化物涂层、改性的硅化物涂层、硅化物基梯度复合涂层、铝化物涂层、耐热合金涂层和氧化物涂层，重点讨论了涂层的成分和结构对其抗高温氧化性能的影响。同时，对比介绍了钼及钼合金表面高温防护涂层常用的制备方法，主要包括料浆烧结法、包埋渗法、等离子喷涂法、熔盐法、化学气相沉积法、磁控溅射法等。最后，对钼及钼合金表面高温防护涂层现阶段存在的问题及未来发展方向进行了展望。     

含铜PVD硬质涂层的结构及其性能研究现状

表面摩擦和磨损是机械零部件失效和损伤的主要形式,影响和决定着材料的使用寿命。传统降低材料磨损的主要措施是采用液体润滑油,但在高温、真空和海水等环境下,润滑油脂无法充分发挥作用,PVD硬质耐磨减磨涂层成为减磨润滑材料发展的新成果,目前已得到广泛的研究和开发。在海洋工业领域,淤泥、海藻和细菌等海洋生物附着于舰船和海工装备表面,降低了船舶的抗摩擦性能和设备稳定性,影响船舶航行速度,增加船舶的燃料消耗,严重威胁着海洋航行安全。硬质防污涂层可以很好地应用于海洋装备零部件的保护。综述了将软质金属Cu引入物理气相沉积的硬质涂层,来拓展硬质涂层的功能,实现硬质涂层自润滑耐磨及抗菌防污性能的研究现状。重点介绍了Cu的引入对PVD硬质涂层结构、硬度、摩擦学行为和抗菌性能的影响,探讨了硬质涂层中Cu的减摩机理,阐明了Cu的抗菌机制,展望了含Cu物理气相沉积硬质涂层未来的发展方向和应用前景。     

现代刀具涂层制备技术的研究现状

刀具涂层是一种机床工具行业的重要材料,其性能直接影响数控机床的机械加工精度.概述了刀具涂层材料的特点、要求及涂层制备技术的发展,分析了化学气相沉积法、物理气相沉积法、等离子体增强化学气相沉积法及溶胶-凝胶法等几种涂层制备方法的优缺点.结合国内外刀具涂层的研究现状及发展趋势,指出在大力发展化学气相沉积涂层和物理气相沉积涂层技术的同时,开发两者相结合的新型工艺,推动国内刀具涂层技术的快速发展.     

铝合金表面沉积类金刚石薄膜的研究进展

类金刚石(Diamond-like Carbon,DLC)薄膜因其高硬度、良好的化学惰性以及优异的摩擦性能等优势,有望成为一种理想的铝合金表面防护涂层。对比了物理气相沉积(Physical vapor deposition,PVD)技术制备DLC改性材料与传统铝合金表面改性技术的优劣,概述了DLC薄膜在提升铝合金表面力学性能、减摩抗磨方面取得的最新成果,以及在复杂服役工况下面临的抗塑性变形差、易发生结合失效等瓶颈性问题。通过分析铝合金基体上生长高性能DLC薄膜的不利因素,指出界面化学结合强度低、薄膜残余应力大以及软基体/硬质薄膜的结构体系限制是导致上述问题产生的主要原因。在此基础上,重点综述了国内外研究学者为提高铝合金表面沉积DLC薄膜的膜基结合力所采取的有效措施及结果,包括:通过基体前处理增强基体力学性能与改善宏观表面缺陷;采用PVD或其他表面处理方法制备一层或多层的中间过渡层,缓解DLC薄膜与铝合金基体结构、性能之间的差异;调控DLC薄膜组分与结构以降低残余应力。最后展望了在铝合金基体表面制备DLC防护薄膜的发展趋势。     

钛合金微弧氧化生物膜制备与性能研究

综合国内外钛合金微弧氧化生物膜制备的方法,主要阐述了电参数与电解液对钛合金微弧氧化生物膜结构以及性能的影响机制.脉冲电源下,电流对膜层的制备具有良好的调整作用,且得到的膜层厚度显著增大.膜层厚度随氧化电压的升高而增加时,膜层表面颜色与腐蚀电位也发生变化.增加脉宽,降低频率时,单脉冲放电能量随之增加,微弧氧化成膜速率显著加快.不同体系电解液制备的膜层表面粗糙度、微孔结构等存在差异.在电解液中引入银、锌、铜离子能有效改善植入物涂层表面细菌黏附引起的异物炎症问题,增强其抗菌作用.基于目前钛合金微弧氧化的研究进展,展望了该研究方向,对钛合金植入物在临床医学应用发展中具有积极的促进作用.     

SLA表面处理TiCu合金的抗菌性能研究

目的 对TiCu合金进行SLA表面粗糙化处理,探究具有粗糙表面的TiCu合金的抗菌性能。方法 用喷砂+酸蚀（SLA）的方法对TiCu合金表面进行粗糙化处理（SLA-TiCu）,并与经过相同处理的SLA-Ti进行对比研究。采用金黄色葡萄球菌作为实验菌株,通过平板菌落计数法计算杀菌率,采用活/死细菌染色实验观察表面细菌的粘附分布及生物被膜的形成情况,在透射电镜下观察细菌微观结构的变化,探究SLA-TiCu的抗菌作用及对细菌微观结构的影响。结果 SLA表面处理使TiCu合金具有微米-亚微米的复合双层孔洞结构表面,SLA-TiCu具有优异的抗菌性能,对表面粘附细菌的抗菌率为100%。染色结果表明,SLA-TiCu表面粘附的细菌中大量的是死细菌,没有形成生物被膜,而SLA-Ti表面已经形成细菌生物被膜。透射电镜观察表明,SLA-TiCu作用后的细菌出现了明显的细胞膜溶解现象,破损的细菌体内部出现透明和半透明的区域,细胞壁和细胞膜破损,细胞内的细胞质流出,在破损的细菌周围可以看到高电子密度的颗粒和沉淀。结论 SLA处理的TiCu合金具有优异的抗菌性能,更能有效发挥合金中Cu的杀菌作用,能够高效杀死表面粘附的细菌,从而抑制表面生物被膜的形成。因此,具有优异抗菌性能的SLA-TiCu具有极大潜力应用于牙种植体制造。     

pH响应性聚合物抗菌涂层的制备及性能研究

目的 制备一种具有pH响应性的智能聚合物抗菌涂层,能按需实现涂层从防污到杀菌功能的转换.方法 以季铵盐甲基丙烯酰氧乙基二甲基辛烷基溴化铵(DMAEMA-8C)、对-(2-甲基丙烯氧乙氧基)苯甲醛(MAEBA)和甲基丙烯酸异辛酯(EHA)作为共聚单体,通过自由基聚合制备了一种季铵盐聚合物PMQE-CHO,并将其利用浸涂技术在不锈钢316L(SS)表面制备季铵盐聚合物涂层SS-PMQE-CHO.随后,使用PEG-NH2对季铵盐涂层SS-PMQE-CHO表面进行接枝改性,得到pH响应性聚合物涂层SS-PMQE-PEG.对涂层的基本性能进行了表征.通过大肠杆菌和荧光素偶联的牛血清白蛋白(FITC-BSA)的附着力测试,评估涂层的防污和抗菌性能.利用抗菌实验表征涂层在不同pH条件下的抗菌效果.进行体外细胞毒性分析和溶血试验,评估涂层的生物相容性.结果 涂层结构致密规整、机械性能优异,具有良好的生物相容性和低溶血率,并且可以有效地防止BSA和大肠杆菌的粘附.在菌液里培养10 h后,涂层SS-PMQE-PEG-30和SS-PMQE-PEG-40表面的细菌与SS表面的细菌相比,分别减少了94％和96％.此时,PEG显示出有效的防污作用.在菌液里培养24 h后,菌液的pH值降低.涂层SS-PMQE-PEG-30和SS-PMQE-PEG-40的功能从防污转化为杀菌,杀菌效率分别为93％和92％.即使是在PBS中浸泡两周后,涂层仍呈现出良好的功能转化性能.结论 在正常条件下,涂层SS-PMQE-PEG中的PEG可以有效抵抗蛋白质和细菌的粘附.当涂层附近的微环境变为弱酸性时,席夫碱键发生断裂,此时涂层底部的杀菌层暴露出来,以杀死细菌并抑制感染的发生.     

Antibacterial properties of silver containing diamond like carbon coatings produced by ion induced polymer densification

Diamond-like carbon (DLC) is known to be a versatile coating material for biomedical applications like endoprosthesis and dental implants. It provides mechanical robustness and cell-compatibility at the same time. To even more broaden this range of beneficial properties, it is tried to add antibacterial properties by incorporating silver nanoparticles. In this paper we discuss a novel approach to producing such coatings, capable of circumventing typical drawbacks of conventional deposition methods. To investigate the potential antibacterial properties an in vitro adhesion assay was created. Thereto Streptococcus sanguinis (DSM 20068) responsible for initial biofilm formation in peri-implant infection has been used. The results clearly show that silver nanoparticles are crucial for the antimicrobial effect as long as they are incorporated in the DLC-surface so that the adhering bacteria are directly exposed.     

聚醚醚酮骨植入体生物改性研究进展

聚醚醚酮是一种热塑性材料,凭其良好的生物相容性和X射线可透射性,被广泛用于生物医学领域。而PEEK骨植入体与人体骨骼强度存在一定差距,与人体骨组织结合能力较差和抗菌性能等不足,使其在生物领域的应用受到了限制。为了使PEEK更好地应用于人体骨植入领域,获得优异生物性能的PEEK骨植入体已成为研究的重点。概述了PEEK的加工技术、力学性能、骨整合性能和抗菌性能的研究。在此基础上,重点综述了近年来提高PEEK骨植入体力学性能与生物性能的各种改性方法的研究进展。在力学性能方面,对PEEK常用的填充材料碳纤维进行了概述,由于PEEK与碳纤维界面结合强度影响其整体力学性能,重点介绍了提高其结合强度的改性方法。在骨整合性能方面,对钛、二氧化钛和羟基磷灰石涂层材料及喷涂方法进行了概述,以及对等离子喷涂、喷砂、激光蚀刻和浓硫酸刻蚀表面处理方法的优缺点进行了分析。在抗菌性能方面,银离子释放浓度过高时会导致细胞毒性,重点阐述了如何控制银离子释放速度的研究。最后展望了PEEK骨植入体加工和改性的未来发展方向。     

口腔修复材料离子镀表面改性的研究

利用多弧离子镀膜技术在口腔修复材料——钛合金(Ti6Al4V)表面制备TiN薄膜。分析表面镀膜组织结构,探讨钛合金基材及表面镀层的抗细菌粘附性能。结果表明,钛合金TiN膜层具有明显的(111)晶面择优取向;与处理前相比,TiN膜层可以显著减少变形链球菌在改性钛合金表面的粘附。     

钛合金表面GO/纳米ZnO复合涂层的制备及性能

为了有效解决生物医用钛合金长期植入人体后,易发生细菌感染和面临有害金属离子释放的问题,采用水热反应和涂覆方法,分别在聚多巴胺(PDA)预处理的Ti6Al4V合金表面制备了氧化石墨烯涂层(GP/T)和氧化石墨烯/纳米氧化锌复合涂层(GZP/T)。系统分析了两种涂层的物相结构、微观形貌、及其在林格氏液中的腐蚀性能和在大肠杆菌环境中的抗菌性能。研究结果表明：聚多巴胺发挥“双面胶”桥接作用,有效增强了涂层与基底间的化学键合；GP/T涂层抗菌率随着GO浓度增大而增大；GZP/T纳米复合涂层相较Ti6Al4V基材具有优异的耐蚀性,该复合涂层中ZnO起主要抗菌作用。     

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。     

钛微弧氧化处理后的抗菌性能

通过微弧氧化处理后,钛表面形成一层氧化层,并且氧化层内含有F-、Cl- 和I-, 然后进行细菌粘附试验.结果表明:在种植体周围的常见菌群中,不管是需氧菌还是兼性厌氧菌,钛经过表面改性后均有一定的抗菌作用, 同时含有F-、Cl-和I-,更增加其抗菌性能.不同的晶相结构,其抗菌性能不同,在低电压时,形成的主要是锐钛矿型二氧化钛,其抗菌性能较优.