鎳鈦形狀記憶合金實(shí)現(xiàn)安全醫(yī)用的重要環(huán)節(jié)

鎳鈦形狀記憶合金因其具有獨(dú)特的形狀記憶效應(yīng)、優(yōu)異的力學(xué)性能、良好的耐腐蝕性和生物相容性以及其彈性模量與人體骨頭相近的特點(diǎn)，在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。然而，合金中的鎳離子在生物體內(nèi)析出容易引發(fā)過敏和中毒等問題必須解決。研究表明，通過對(duì)合金表面涂覆功能薄膜可以有效阻止鎳離子的析出。采用表面涂覆技術(shù)可以在合金表面涂覆納米到微米量級(jí)厚度的功能薄膜，使其具有比基體更優(yōu)良的生物相容性，抗腐蝕性和耐磨性等特殊功能。表面涂覆技術(shù)與其它表面改性技術(shù)相比，具有約束條件少，技術(shù)類型廣，材料選擇空間大等優(yōu)勢。但是，目前制備的涂層常常存在表面凸起、孔洞缺陷、膜基結(jié)合性能差甚至脫落等問題，因此，研發(fā)理想的表面涂覆技術(shù)是鎳鈦形狀記憶合金實(shí)現(xiàn)安全醫(yī)用的關(guān)鍵。

鎳鈦合金的表面涂覆技術(shù)有多種，但對(duì)于需要移植到生物體內(nèi)部并可能長期與生物體組織共存的器件，如人體內(nèi)支架，對(duì)涂層的性能要求極高，適宜采用磁控濺射及電化學(xué)沉積技術(shù)。

磁控濺射法是在高真空中充入適量氬氣，在陰極和陽極之間施加直流電壓，在鍍膜室內(nèi)產(chǎn)生磁控型異常輝光放電，使氬氣發(fā)生電離。氬離子被加速并轟擊陰極靶表面，將靶材表面原子濺射出來沉積在鎳鈦合金表面上形成薄膜。此方法具有鍍膜層與基材的結(jié)合力強(qiáng)，鍍膜層致密、均勻等優(yōu)點(diǎn)。試驗(yàn)表明，在鎳鈦合金表面形成磷酸鈣涂層后，與無涂層基體相比，鎳離子釋放率減小了7~10倍?？蛇x用類金剛石—一種非晶碳膜，它具有超硬晶體結(jié)構(gòu)、低摩擦系數(shù)、高耐磨性、良好的生物相容性等優(yōu)點(diǎn)。由于碳基薄膜與金屬基材之間的黏附力較低，通常采用復(fù)合薄膜結(jié)構(gòu)，即增加中間層如Ti、SiC等，以提高界面結(jié)合強(qiáng)度。鋯的力學(xué)、加工、耐腐蝕性均較好，穩(wěn)定性優(yōu)于不銹鋼和Ti。采用添加鋯的復(fù)合涂層，可具有更好的硬度和耐腐蝕性，且涂層具有組織致密，膜基結(jié)合較好，表面平整等優(yōu)點(diǎn)。鋯復(fù)合涂層現(xiàn)已用于腦部止血夾、內(nèi)固定板等醫(yī)療器械。

電化學(xué)沉積是通過向含有被沉積元素離子的溶液通電，使離子在鎳鈦合金表面形成目標(biāo)薄膜。羥基磷灰石具有良好的生物相容性和生物活性，直接與天然骨形成鍵合，可作為植入體內(nèi)器件的涂層材料。但它是一種脆性材料，強(qiáng)度不高，因此不能用作承受復(fù)雜應(yīng)力情況的骨替代材料。將羥基磷灰石與ZiO2或TiO2制成復(fù)合涂層則可使膜基結(jié)合強(qiáng)度顯著提高。這是因?yàn)閺?fù)合結(jié)構(gòu)涂層可以緩和基體與羥基磷灰石涂層之間界面物理化學(xué)性能的差異，尤其是熱膨脹性質(zhì)差異，減緩?fù)繉觾?nèi)部的熱應(yīng)力。檢測表明，復(fù)合結(jié)構(gòu)涂層減少了孔隙率，使涂層密度增加，有助于提高膜基結(jié)合強(qiáng)度和耐腐蝕性能。

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