Ti-N-Ti-O復(fù)合薄膜人工心臟瓣膜表面改性.pdf

1、TiO2薄膜作為一種抗凝血材料引起廣泛的關(guān)注，目前已有大量研究表明，TiO2具有優(yōu)于熱解碳(LTIC，目前廣泛應(yīng)用于人工心臟瓣膜的抗凝材料)的血液相容性，為了將TiO2薄膜運(yùn)用于人工心臟瓣膜表面改性，以提高人工心臟瓣膜的血液相容性，本論文提出在人工心臟瓣膜表面制備TiN/TiO2復(fù)合薄膜，在提高人工心臟瓣膜血液相容性的同時(shí)也提高人工心臟瓣膜的力學(xué)性能。 本文采用非平衡磁控濺射技術(shù)首先在平面樣品(Ti6A14V)上了制備TiN/T

2、iO2復(fù)合薄膜，研究了從TiN薄膜到Ti-O薄膜的過渡方式對(duì)復(fù)合薄膜力學(xué)性能的影響。結(jié)果表明，在鈦合金表面制備TiN薄膜后，逐漸降低N2流量至0sccm，再沉積一層Ti膜，然后逐漸通入O2得到Ti-O薄膜。此工藝制備的TiN/Ti-O薄膜具有優(yōu)異的力學(xué)性能。 在平面樣品研究的基礎(chǔ)上，本文開展在人工心臟瓣環(huán)實(shí)物上制備了Ti/TiN多層薄膜、Ti-O薄膜的研究，重點(diǎn)研究了Ti、TiN每層的沉積時(shí)間對(duì)Ti/TiN多層薄膜的結(jié)構(gòu)和性能的

3、影響。通過工藝的調(diào)整，在復(fù)雜形狀的實(shí)物樣品上制備出血液相容性優(yōu)異的TiO2、力學(xué)性能優(yōu)異的Ti/TiN多層薄膜及TiN/TiO2復(fù)合薄膜。研究結(jié)果表明，沉積時(shí)間影響著薄膜是否能形成Ti/TiN多層薄膜的多層結(jié)構(gòu)，對(duì)薄膜的機(jī)械性能有很大影響，當(dāng)每一個(gè)周期中Ti/Tin沉積時(shí)間為72s/180s時(shí)，調(diào)制周期為100nm， Ti/TiN薄膜由Ti2N和TiN的混合相組成，呈現(xiàn)明顯的多層結(jié)構(gòu)，具有較高硬度，較好耐磨性。改變氧流量，在人工心臟瓣環(huán)

4、上制備了不同氧含量的Ti-O薄膜，并對(duì)其血液相容性以及力學(xué)性能進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，當(dāng)O流量為14sccm，薄膜為金紅石相的TiO2薄膜，具有半導(dǎo)體性質(zhì)(方塊電阻14000)，水接觸角為57．5；血小板粘附實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該薄膜具有優(yōu)異的血液相容性。 在前期實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，制備了Ti-N/TiO2復(fù)合薄膜。力學(xué)性能檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，Ti-N/TiO2復(fù)合薄膜的力學(xué)性能(硬度、耐磨性、膜基結(jié)合力)均比單層的TiO2薄膜有了大幅提高。本文模擬了

5、人工心臟瓣膜在人體內(nèi)的服役情況，將樣品置于SBF模擬體液中進(jìn)行摩擦實(shí)驗(yàn)，結(jié)果顯示薄膜的磨損機(jī)制為疲勞磨損，在磨損的過程中先有溶液中的Ca、P鹽沉積在薄膜表面，在對(duì)磨球運(yùn)動(dòng)過程中被碾平壓緊。隨著接觸應(yīng)力的循環(huán)加載，薄膜達(dá)到疲勞極限后表面出現(xiàn)裂紋，在循環(huán)接觸應(yīng)力的作用下，裂紋擴(kuò)展，最終導(dǎo)致薄膜脫落。 本文在實(shí)物樣品上制備出了血液相容性優(yōu)異的TiO2薄膜以及抗凝血性能和力學(xué)性能都良好的Ti-N/TiO2復(fù)合薄膜，這對(duì)人工心臟瓣膜、血管