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低温等离子体表面改性金属生物材料金属聚合物接枝聚合

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发布时间：

2021-04-22

低温等离子体表面改性金属生物材料金属聚合物接枝聚合：
金属生物材料在低温等离子体表面改性中的应用主要有：改善生物相容性、固定生物活性大分子、提高金属材料的抗生理腐蚀性三个方面。接枝法是一种常用的等离子体表面改性方法。适当的单体或聚合物的接枝可提高金属聚合物的亲水性、粘附性、防腐性、导电性和生物相容性等性能。

诚峰智造低温等离子表面改性
将金属材料植入生物体时，必须满足生物相容性的要求。生物学相容性是物质与血液、组织之间相互适应的程度。用功能团接枝、聚合、亲水等表面改性金属生物材料是目前研究多的一种金属生物材料表面改性方法，主要用于改善材料的生物相容性和诱导活体细胞生长，从而提高材料的生物活性。利用AgnesR、Denes等对PEG进行等离子体表面改性，使PEG与不锈钢表面接枝，XPS研究结果表明，在不锈钢表面引入大量的低温等离子体表面改性-CH2-CH2-O基团，可以显著提高材料表面的亲水性。减小粗糙度，并能大大减少材料表面对细菌的吸附。临床上常采用冠状血管成形术(PTCA)治疗冠状血管疾病。也就是说，在血管内用金属扩张物支撑血管，但是所使用的聚合物金属化的Stern固定膜仍然具有很高的凝血性，所以血管会变得更加狭窄。Lahann等利用CVD方法在聚合物金属表面进行氯化反应，然后进行SO2微波等离子体处理。研究发现，SO2等离子体处理后，接触角降至15度，材料表面亲水性有所改善。有机有机接枝物在金属等离子体表面的接枝或聚合物表面的金属化都涉及到聚合物与金属的粘附问题。Zhang等人对PTFE(PTFE)与金属铝的粘附进行了研究。首先用氩等离子体(频率40kHz，功率35W，氩压强80Pa)对PTFE进行预处理。然后用丙烯酸酯甘油醇，GMA，经热蒸发铝，使其与GMA的接枝共聚反应，生成氧化氢和过氧化物，再用热蒸发铝，使用GMA，接枝共聚物的PTFE与A的粘附力为PTFE与Al的22倍，仅用Ar等离子体预处理的PTFE与Al的3倍。
钙、磷是骨组织的基本组分，在金属植入物表面沉积一层钙磷素或羟基磷灰石(HA)层，可有效改善其与骨组织的相容性，增强成骨诱导性。可以用等离子体喷涂法(PSC)进行改性。采用三种方法(机械铸糙法，氧、氮、氩气低温等离子体表面改性，产生中间层法)对聚丙烯进行了处理，研究了金属聚合物在该聚合物上的粘附特性，结果表明，机械铸糙法能有效地提高聚丙烯与铜之间的粘附力，但等离子体处理的效果更好，特别是Ar等离子体，在聚丙烯聚合过程中，中间层中含有C-0键，粘附力很强。
通过电极之间的高电位差产生电弧放电(>10000℃)，将电极周围的气体电离为等离子体，然后高速撞击表面悬浮的改性粉状物质，使其在金属表面上沉降。等离子体喷涂是目前应用广泛的沉积方法。该涂层可在基体和表面改性层之间形成较高的结合力，得到完全覆盖的涂层(40~54m)。采用此工艺形成的涂层可以在体液中快速形核长大。但是由于高温处理，存在着密度不均匀，结构不一致，粘结强度变化量大等缺点，且羟基磷灰石在喷涂过程中容易分解，在体液条件下容易发生脱溶。在喷涂HA涂层后，还需要进行热处理或蒸气浴，以改善涂层的成分和结构。若在蒸气压力为0.15MPa、温度为125℃的水蒸气环境下，经6h蒸气浴处理，则大部分非晶HA相转变为晶，而喷涂时所产生的其他分解产物又会还原为晶HA相，则可使涂层的稳定性得到改善，一结晶态的HA涂层稳定性较无定型态的HA涂层稳定，但与无定型态的HA涂层相比，其表面致密度有所提高。此外，还降低了其成骨诱导性。所以在实际的制备过程中，要根据材料的具体使用要求，选择合适的工艺条件。当前，国内许多单位都在利用等离子体表面改性技术，积极地对生物医用材料进行低温等离子体表面改性和表面膜合成研究，解决高分子聚合物的抗凝血、生物相容性、表面亲水性、抗钙化、细胞生长和抑制吸附作用等关键技术问题。等离子喷涂技术在中国科学院上海硅酸盐研究所的应用。ZrO_2等涂层材料表面生长改良人工骨的研究已取得重要进展。