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NiTi合金表面涂覆DLC涂层的摩擦学行为与血液相容性研究

杭瑞强  齐影  马胜利  徐可为  
【摘要】:NiTi形状记忆合金(SMA)具有独特的形状记忆效应(SME)和超弹性(SE)行为,在人体心血管系统用生物材料领域有广阔的应用前景。但有报道指出裸露的NiTi合金植入人体后,大量Ni离子释放会抑制细胞生长,危及人身健康。因此,其生物安全性有待进一步提高。此外,诸多研究也表明,NiTi合金与血液接触时,会激活血小板,导致其外形发生改变,出现黏附、聚集和释放反应,并进一步形成血栓,导致其抗凝血能力下降。因此,NiTi合金植入器件的血液相容性也亟待改善。类金刚石(Diamond-like Carbon,DLC)涂层具有高的硬度、低的摩擦系数,以及良好的生物相容性等优点。因此,在心血管支架、封堵器和心脏瓣膜用NiTi合金表面沉积DLC涂层将有望显著改善NiTi合金的力学性能和生物相容性。由于心血管系统介入治疗器件植入人体后,需承受功能性运动及与血液介质的交互作用,此时NiTi合金/DLC涂层体系的摩擦性能和血液相容性将是极为重要的评价指标。鉴于此,本文采用自主开发的电弧增强磁控溅射(Arc enhanced Magnetron Sputtering,AEMS)技术在生物医用NiTi合金表面制备出类金刚石(Diamond-like Carbon,DLc)涂层。用Raman光谱、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、摩擦磨损和体外生物学实验,较系统研究了沉积温度对NiTi合金表面涂覆DLC涂层的微观结构特征、摩擦学行为及其血液相容性变化。结果表明,用AEMS方法在NiTi合金表面制备的DLC涂层光滑、致密,涂层厚度约在200-460nm之间。研究发现沉积温度从25℃到150℃增加时,涂层中的sp3键含量、摩擦系数和硬度均增加;研究还发现DLC涂层无毒性,能有效阻止Ni离子的析出,而且涂覆DLC的NiTi合金表面的血液相容性明显优于未涂覆DLC的NiTi合金。

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