前言
骨在人体内部主要起到支持作用,,,,,,是一种具有愈 合和再生能力的硬组织[1]。。。。。。。。由于骨的密度大、硬度高、破损后很难自然修复等特殊性,,,,,,必需举行骨移植。。。。。。。。 钛合金因具有轻质、弹性模量与人骨相近、耐侵蚀、生物相容性好等优点[2 ? 3],,,,,,被普遍应用于工程机械、航空航天和生物医学领域[4]。。。。。。。。可是 TC4 基体关于金 黄色葡萄球菌的抗菌率仅为 14.5%[5],,,,,,且钛及钛合金 具有生物惰性,,,,,,与骨骼机械团结的方法会导致摩擦 爆发碎屑,,,,,,最终引发炎症,,,,,,从而导致植入手术失败[6]。。。。。。。。 相关于在提高钛合金莳植体质料的骨团结、耐磨性和耐蚀性方面的研究,,,,,,针对钛合金骨科植入体细菌 熏染的研究仍处于早期阶段[7]。。。。。。。。
植入手术术后熏染是植入失败的主要缘故原由之一,,,,,,细 菌引起的相关植入物熏染危害从 0.4% 到 16.1% 不等[8]。。。。。。。。 引起细菌熏染的主要缘故原由是生物膜的形成[9] 及由粘 附的微生物群集爆发致密的胞外聚合物[10]。。。。。。。。
因此,,,,,,防 止或降低生物膜在植入历程中的形成具有主要作用。。。。。。。。现在,,,,,,关于提高钛及钛合金植入质料抗菌性能的 外貌改性途径包括涂覆抗生素、制备有机抗菌剂和 无机抗菌剂涂层等手艺来抵达灭菌的作用[11]。。。。。。。。研究 发明,,,,,,钛合金外貌制备依诺沙星涂层[12]、庆大霉素-HA涂层[13]、膦酸盐/季铵盐共聚物涂层[14] 等有机抗菌剂 涂层对钛合金的抗菌性能都有较洪流平的提高。。。。。。。。但 是,,,,,,抗生素、有机抗菌剂的大宗使用会导致细菌爆发 耐药性且药物作用时间较短[15]。。。。。。。。无机抗菌剂主要包 括Ag+,,,,,,Cu2+,,,,,,Zn2+,,,,,,Co2+等,,,,,,能够在人体内稳固施展作用 且具有优良的抗菌性能和生物相容性。。。。。。。。现在,,,,,,在钛合金中添加无机抗菌金属元素的手艺主要包括电弧 熔炼、真空等离子烧结、离子注入、气相沉积和激光 外貌改性手艺等,,,,,,将无机抗菌剂掺入合金系统或者 外貌,,,,,,使植入质料获得抗菌性能。。。。。。。。其中,,,,,,激光外貌改 性手艺具有奇异的手艺优势,,,,,,相关于电沉积、PVD/CVD手艺,,,,,,与基体质料具有较强的结协力。。。。。。。。相关于热喷 涂手艺,,,,,,具有较小的热影响区[16],,,,,,对基材的影响较小。。。。。。。。 因此,,,,,,激光外貌改性手艺具有辽阔的应用潜力。。。。。。。。
激光外貌改性手艺既可以通过高温热源对外貌 举行重熔引发合金相转变或构建外貌纹理化来提高 外貌性能,,,,,,又可以团结外源物质制备具有差别性能 的外貌涂层[17]。。。。。。。。激光作为一种新型能源,,,,,,具有局部选 择性、能量密度高、节约质料、凝固快、稀释率低、热影响区窄、冶金团结强度高等优点[18],,,,,,也可以对合 金的组织形态和析出相举行调控[19],,,,,,被普遍应用于材 料加工领域。。。。。。。。激光外貌改性手艺作为一种无机抗菌 剂植入手艺,,,,,,在外貌工程中具有普遍的应用远景。。。。。。。。
钛及钛合金作为主要的骨科植入质料,,,,,,其抗菌性 的研究成为重中之重,,,,,,怎样使用激光外貌改性手艺,,,,,,改善植入物的抗菌性能成为现阶段的研究热门。。。。。。。。文 中综述了激光外貌改性手艺的分类,,,,,,以及接纳激光 外貌改性手艺对钛及钛合金举行外貌合金化、外貌 织构和激光熔覆处置惩罚,,,,,,研究激光外貌改性方法对钛 合 金抗菌性能的影响并对抗菌机理举行诠释。。。。。。。。
1、激光外貌改性手艺
激光外貌改性手艺使用激光热源与金属或非金 属举行相互作用,,,,,,通过添加相同或差别质料或对材 料外貌举行重熔来改善基体的外貌性能,,,,,,是一种清 洁、清静、高效率的加工手艺[20],,,,,,是光学、冶金学、电 子学、盘算机学等为一体的高新手艺,,,,,,在现阶段具有 辽阔的应用远景。。。。。。。。
激光外貌改性手艺主要包括外貌硬化、激光重 熔、织构化和激光熔覆等,,,,,,分类如图 1 所示。。。。。。。。

激光外貌处置惩罚手艺在;;;;;;;;て栈蛘呶薇;;;;;;;;て 件下对证料举行外貌加热或重熔,,,,,,可以对证料外貌 举行定向处置惩罚,,,,,,其原理如图 2 所示。。。。。。。。激光外貌处置惩罚包 括激光重熔、激光合金化、激光纹理化和激光微纳加 工等手艺。。。。。。。。固体质料在受到激光束的作用下,,,,,,有助 于通过诱导微观结构转变来进一步提高抗菌性能、外貌硬度、耐磨性、耐侵蚀性等性能,,,,,,从而实现外貌 改性[23]。。。。。。。。同时,,,,,,激光外貌处置惩罚可应用于制备微纳加工 结构、改善金属外貌性能和增强固体质料粘结强度 等方面。。。。。。。。

激光熔覆手艺是使用激光束的高能量密度,,,,,,将基 体质料熔化形成熔池,,,,,,由;;;;;;;;て逍鹗舴勰┗ 丝材同时注入熔池,,,,,,从而将其熔覆在受热区域外貌,,,,,,形成具有冶金团结的功效性涂层,,,,,,提高质料的外貌 性能,,,,,,其原理如图 3[24] 所示。。。。。。。。激光熔覆手艺是上世纪90 年月以来快速生长的外貌改性手艺,,,,,,现阶段已经 获得普遍应用[18]。。。。。。。。激光熔覆手艺具有热输入能量集 中、热影响区小、变形小、基体能够与熔覆层形成冶 金团结、熔覆层稀释率低等优点[25 ? 26]。。。。。。。。激光熔覆技 术主要应用于提高基体耐磨性、耐蚀性、抗菌性和耐 高温性能等[27]。。。。。。。。

2、激光外貌处置惩罚钛合金抗菌涂层
激光实质上是电磁波的一种,,,,,,凭证波长可分为紫 外光、可见光和红外光[28]。。。。。。。。凭证激光器功率的差别,,,,,,选择差别波长的激光对钛及钛合金举行处置惩罚。。。。。。。。现阶 段,,,,,,波长小于 355 nm 的短波长激光可以对钛及钛合 金举行切割;;;;;;;;波长为 532 nm 的绿光激光多用在医疗 领域对钛及钛合金激光加工处置惩罚。。。。。。。。激光外貌处置惩罚技 术主要通过改变钛合金的外貌化学因素和外貌结构,,,,,,对钛合金植入物的抗菌性能举行调控。。。。。。。。在激光外貌处置惩罚历程中,,,,,,由于合金元素、外貌结构 和熔覆系统的差别,,,,,,对激光外貌处置惩罚钛及钛合金的结 构和性能有差别水平的影响,,,,,,从而抵达差别的抗菌效果。。。。。。。。
2.1 激光外貌合金化
激光外貌合金化手艺(LSA)是使用激光热源将 基材熔化形成熔池,,,,,,将高性能合金粉或气体与基体 爆发反应形成一层新的合金化层,,,,,,从而使质料具有 高性能[29]。。。。。。。。
通过激光外貌合金化手艺在合金外貌添加适当 含量的抗菌元素,,,,,,可改变质料外貌的合金因素。。。。。。。。同 时,,,,,,由于激光能量可以熔化涂层和部分底层基体,,,,,,激 光外貌合金化手艺可以在合金层和基体之间形成牢 固的冶金团结。。。。。。。。QIAO 等学者[30] 使用波长较短(0.9 μm)的高功率二极管激光器制备了 TiNi 与 Ag 的激光合 金化涂层。。。。。。。。研究批注:通过合金化手艺可以使涂层 中含有更多的 Ti2Ni,,,,,,β-Ti 和 Ag 颗粒;;;;;;;;在银含量(质量分数)为 4.6% 时,,,,,,涂层的硬度提高了 109%;;;;;;;;同时,,,,,,合 金化后涂层释放的 Ag+和 Ag 颗粒显著提高了对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抗菌效果。。。。。。。。
在激光处置惩罚历程中,,,,,,;;;;;;;;て宀坏梢越档涂掌 中氧气和水分等对激光外貌处置惩罚的滋扰和污染,,,,,,提 高外貌处置惩罚的质量和效率[31],,,,,,还可以与基体爆发反应,,,,,,形成合金化涂层。。。。。。。。由于氮和钛在热力学上保存有利 的相互作用,,,,,,形成的氮化层对钛合金的硬度和摩擦 学性能有很大的提高[32]。。。。。。。。钛的氮化物(TiN)、氧化物(TiO2)等[31] 都具有本征抗菌性能。。。。。。。。邹洁等学者[33] 在 牙科钴铬合金外貌制备一层 2.5 μm 厚度的TiN 涂层,,,,,,之后对涂层举行耐侵蚀和抗菌性试验,,,,,,发明:TiN 涂 层对变形链球菌或黏性放线菌有很好的抗菌性能。。。。。。。。
DONAGHY 等学者[34] 使用光纤激光手艺在高纯N2 ;;;;;;;;は露 TNZT(Ti-35Nb-7Zr-6Ta)合金举行处置惩罚,,,,,,研究激光氮化处置惩罚对合金外貌形貌、粗糙度、润湿角 以及抗菌性能的影响。。。。。。。。效果批注:激光氮化处置惩罚后XRD 检测到较强的 TiN 峰值强度,,,,,,能够显著提高表 面粗糙度至 1 180.2 nm,,,,,,润湿角降低至 27.1°,,,,,,亲水性 和生物相容性进一步提高,,,,,,其抗菌效果如图 4[34] 所示,,,,,,合金外貌细菌笼罩率降低至 0.72%。。。。。。。。

钛及钛合金相关于其他质料抗菌和耐侵蚀的主 要优点是可以在外貌天生一层 TiO2 陶瓷膜[35]。。。。。。。。研究 批注:钛合金在正常温度下袒露 1 年,,,,,,所形成的 TiO2 氧 化膜的厚度为 6 nm,,,,,,且与基体团结性很差,,,,,,在较低的 剪切力作用下就会被破损[7]。。。。。。。。激光外貌处置惩罚可以改 变氧化膜的厚度和外貌粗糙度,,,,,,进而提高合金的性能。。。。。。。。
FATHI-HAFSHEJANI 等学者[36] 在氧气气氛内对 钛合金举行激光外貌改性处置惩罚,,,,,,钛合金基体外貌形 成物相和形貌可控的高纯度 TiO2 涂层。。。。。。。。由于晶体 TiO2涂层爆发的光催化活性,,,,,,具有差别相(锐钛矿、金红石)和 差别形态的 TiO2 涂层在增强骨整合和抗菌行为方面 体现出优异的性能。。。。。。。。PARMAR 等学者[37] 通过对TC4举行纳秒激光和氧化处置惩罚。。。。。。。。研究批注:纳秒激光处 理外貌爆发微坑形式的物理和化学转变,,,,,,外貌电荷爆发转变,,,,,,Ti 的氧化物含量增添,,,,,,氧化可以增进激光 微织构对金黄色葡萄球菌的粘赞许增殖能力的抑制。。。。。。。。
钛与空气中的碳、氢等都有很是高的反应活性。。。。。。。。CUNHA 等学者[38] 在空气中对钛举行激光外貌处置惩罚,,,,,,在举行 XPS 检测时,,,,,,发明其有较高的碳峰,,,,,,缘故原由是空 气中含有较多的含碳污染物[39]。。。。。。。。氩气作为一种常见 的惰性;;;;;;;;て,,,,,,其多用于激光焊接和激光熔覆过 程中避免有益元素的烧损和合金化[40],,,,,,在钛及钛合金 外貌激光处置惩罚用以提高抗菌性能中的应用较少。。。。。。。。
2.2 激光外貌织构
激光外貌织构手艺可以对钛合金举行外貌结构 设计或者举行重熔处置惩罚,,,,,,改善钛及钛合金的外貌结 构。。。。。。。。现阶段,,,,,,通过激光外貌织构手艺可以在钛及钛 合金外貌制备微米和纳米尺寸的结构或纹理结构,,,,,,进而影响合金外貌的氧化膜厚度和外貌粗糙度,,,,,,降 低外貌载流子数目、提高外貌峰度,,,,,,有用地镌汰细菌 的黏附或灭活细菌[41]。。。。。。。。
纳米级外貌特征有利于镌汰细菌黏赞许生长。。。。。。。。CHAN 等学者[7] 通过一连波光纤激光器发射波长为1 064 nm近红外激光对商业纯钛(cp-Ti)和 TC4 举行激光 外貌处置惩罚诱导纳米特征结构的爆发,,,,,,其处置惩罚后外貌 如图5 所示。。。。。。。。激光处置惩罚外貌由波纹和放射状片层构 成的玫瑰状标记组成,,,,,,2 种钛合金均体现出较强的抗 菌性能。。。。。。。。从外貌疏水性、膜因素、厚度和粗糙度等方 面对抗菌机理举行诠释:①研究发明,,,,,,金黄色葡萄球 菌是疏水性的,,,,,,其水接触角为 72.2°[42],,,,,,而经由激光处 理的外貌体现出更强的亲水性,,,,,,水接触角降低到30°~45°,,,,,,镌汰了细菌的接触。。。。。。。。②细菌与植入物外貌 接触是在外貌电荷与细菌的静电相互作用下举行吸 引,,,,,,使细菌黏附在植入物外貌,,,,,,在氮气情形中举行激 光外貌处置惩罚会增大外貌膜层的厚度,,,,,,镌汰外貌载流 子的数目[43]。。。。。。。。同时,,,,,,外貌膜层中保存大宗的缺陷和空位,,,,,,会造成电荷的富集,,,,,,镌汰与细菌的相互作用[7]。。。。。。。。 ③激光外貌织构会增添质料的外貌粗糙度,,,,,,相同的 外貌粗糙度具有差别的峰度(Rku)和偏度(Rsk)[44],,,,,,激 光处置惩罚的钛合金外貌具有更高的峰度和偏度,,,,,,使表 面有更多的“尖刺”,,,,,,镌汰细菌黏附的原理与蝉翼的 杀菌作用相似[45],,,,,,通详尽菌与质料的相互作用将其吸 附在外貌,,,,,,导致细菌的破碎和裂解。。。。。。。。

CUNHA 等学者[38] 接纳 Yb: KYW 激光器、发射 波长为 1 030 nm、脉冲一连时间为 500 fs 的激光,,,,,,在钛合金外貌构建了激光诱导周期性外貌纹理结构(LIPSS)和纳米柱 2 种外貌织构,,,,,,其外貌结构如图 6所示,,,,,,其 Ra 值划分为 0.3 μm 和 0.5 μm,,,,,,润湿角划分为12.6°和 32.1°。。。。。。。。对其举行细菌作育试验,,,,,,未经激光处 理试样外貌细菌笼罩率为 25%,,,,,,激光处置惩罚后试样外貌 金黄色葡萄球菌的笼罩率为 7%,,,,,,关于细菌的生长有 较好的抑制作用。。。。。。。。研究批注:金黄色葡萄球菌优先 附着于 1~4 nm 的钛合金外貌[46],,,,,,在 Ra 为 5~8 μm 的 样品上形成的生物膜比在抛光(Ra=30 nm)或机加工(Ra=0.5 μm)外貌上更强烈[47]。。。。。。。。细菌优先粘附在粗糙 度较高的外貌,,,,,,但也粘附在形貌特征大于细菌尺寸(一样平常为 1~2 μm)的外貌。。。。。。。。因此,,,,,,激光诱导周期性表 面纹理结构可以通过改善钛合金外貌的润湿角和粗 糙度降低细菌的黏赞许增殖。。。。。。。。综上所述,,,,,,激光外貌处置惩罚后钛及钛合金外貌结构 关于镌汰细菌的黏附主要包括两方面:一是通过构 建具有特征尺寸小于细菌尺寸和具有很是致密的特 征外貌,,,,,,镌汰细菌与外貌的接触面积,,,,,,抑制细菌的定 植或刺破细菌,,,,,,抵达镌汰细菌滞留的目的;;;;;;;;二是通过 增大外貌的凹陷水平,,,,,,细菌无法穿过凹陷与外貌建 立稳固的毗连,,,,,,导致细菌只能黏附在个别的尖端,,,,,,防 止 生物膜的形成。。。。。。。。

2.3 激光熔覆抗菌涂层
激光熔覆手艺可以在钛及钛合金外貌熔覆差别 系统的因素,,,,,,改善钛合金的性能。。。。。。。。现阶段,,,,,,激光熔覆 手艺用于提高钛及钛合金抗菌性能的熔覆系统主要 包括生物医用金属质料(Ag,,,,,,Cu,,,,,,Nb,,,,,,Zn,,,,,,Ta 等[48])、生物陶瓷(HA,,,,,,TiO2 等[49])。。。。。。。。激光熔覆手艺可以显著提 高钛及钛合金的抗菌性能,,,,,,尤其是对金黄色葡萄球菌 和大肠杆菌等常见的致病菌有较好的抑制作用[50] 。。。。。。。。
2.3.1 Ag 抗菌涂层
Ag 具有超强的抗菌性,,,,,,被普遍应用于广谱杀菌 质料。。。。。。。。SHI 等学者[51] 通过对高真空电弧炉熔炼的 TiAg合金举行抗菌性试验,,,,,,发明:合金的抗菌性是由 于 Ti2Ag 和 Ag+的配相助用,,,,,,且没有引起细胞毒性。。。。。。。。CHEN等学者[52] 制成的 Ti-Ag 合金在经由热处置惩罚后,,,,,,对金黄色葡萄球菌的抑制率高达 99%。。。。。。。。批注:Ag 的 加入可以使合金获得较强且稳固的抗菌性能。。。。。。。。
XUE 等学者 [53] 通过激光熔覆手艺 在 Ti-20Zr10Nb-4Ta外貌激光熔覆 Ag 箔,,,,,,研究 Ag 微粒关于钛 合金抗菌性和相容性的影响,,,,,,试验效果批注:当激光 功率为 50 W 和 70 W 时,,,,,,经由处置惩罚的外貌关于大肠杆 菌的抑菌率划分抵达 96.3% 和 98.2%,,,,,,关于金黄色葡 萄球菌的抑菌率均抵达 100%,,,,,,且随着激光功率的增 加,,,,,,外貌形成了钝化膜,,,,,,粗糙度增大,,,,,,具有优异的耐 侵蚀性能和生物相容性。。。。。。。。ZHANG 等学者[54] 将 Ag 和ZnO 纳米颗粒掺入羟基磷灰石纳米粉体中,,,,,,通过激光 熔覆手艺沉积在 TC4 外貌,,,,,,对激光熔覆涂层的抗菌
性能和骨整合性能举行研究。。。。。。。。研究发明:纳米 Ag 和HA 在熔覆层外貌呈棒状,,,,,,涂层与基体团结优异,,,,,,最 大熔深抵达 460 μm,,,,,,涂层的最小润湿角约为 10.5°。。。。。。。。 激光熔覆可以将复合涂层细密地牢靠在 TC4 基体上,,,,,,抑制了 Ag 离子的释放速率,,,,,,缓解了高 Ag 浓度下的 细胞毒性[55],,,,,,涂层具有优异的细菌抗性、成骨和骨整 合能力。。。。。。。。MAHARUBIN 等学者[56] 通过激光加工净成 形工艺将混淆匀称的 cp-Ti 粉和 Ag 粉接纳同步送粉 方法在 cp-Ti 基体上制备银含量(质量分数)为 0.5%~2.0% 的 Ti-Ag 合金,,,,,,通过 EDS 检测发明:
Ag 匀称地 漫衍在基体上。。。。。。。。通过对差别 Ag 含量的试样举行金 黄色葡萄球菌和铜绿假单胞菌举行抗菌性试验,,,,,,抗 菌效果随 Ag 含量的增添而增强 ,,,,,, 当 Ag 含量达 到1.5% 时,,,,,,抗菌率划分抵达 99.79% 和 99.96%,,,,,,且在 Ag含量较低时,,,,,,可以在不损害生物活性的条件下最小 化细菌熏染的危害。。。。。。。。

现在,,,,,,关于 Ag 对微生物的抑制和杀伤途径主要 归结为以下看法[57],,,,,,其抗菌原理如图 7[58] 所示。。。。。。。。Ag能够抗菌的主要缘故原由是能被菌类吸附,,,,,,带正电荷的Ag+能与带负电荷的微生物之间爆发静电吸引,,,,,,从而 促使Ag+附着在细胞膜上[59],,,,,,细菌的细胞膜在与 Ag接触几分钟后就会被完全破损[60]。。。。。。。。同时,,,,,,Ag 能够与 细菌的卵白质相互团结,,,,,,破损卵白质的结构,,,,,,阻碍细 菌的新陈代谢,,,,,,从而失去活性[61]。。。。。。。。Ag+浓度的提高会 导致细胞氧化反应的增添,,,,,,微生物细胞氧化应激的 增添是 Ag+引起毒性作用的标记。。。。。。。。由于 Ag 能够增进 细胞爆发 ROS 和自由基,,,,,,因此 Ag 具有强盛的抗菌、抗真菌和抗病毒活性[62]。。。。。。。。可是,,,,,,抗菌性能与银含量不 保存线性关系,,,,,,银含量过高时,,,,,,并不会显著提高钛合 金的抗菌性能,,,,,,反而可能爆发细胞毒性[63] 。。。。。。。。
2.3.2 Cu 抗菌涂层
差别的金属质料杀菌能力也有所差别,,,,,,其巨细排序 为:Cu>Fe>Sn>Al>Zn>Co[64]。。。。。。。。Cu 具有增进成骨细胞 分解,,,,,,诱导血管生长的作用。。。。。。。。同时,,,,,,作为人体必需的微量 元素,,,,,,有预防骨质松散的作用[65]。。。。。。。。ZHANG 等学者[66]通过接纳等离子烧结手艺制备的 Ti-Cu 合金对大肠 杆菌和金黄色葡萄球菌的抑制率抵达 99%。。。。。。。。有研究报道,,,,,,只有 Ti-Cu 合金的 Cu 含量(质量分数)在 5% 及 以上,,,,,,合金才具有抗菌率>99% 的抗菌性能[67],,,,,,表 1 为 合金中 Cu 含量差别体现出的抗菌性能[68-71]。。。。。。。。

JI 等学者[72] 接纳激光选区熔化手艺制备的 Ti- (3,5,7,10)Cu 合金(质量分数,,,,,,%),,,,,,Ti2Cu 相在晶界预先 形核并阻止晶粒长大,,,,,,能够很好的起到细化晶粒的 作用。。。。。。。。同时,,,,,,由于激光选区熔化快速凝固的特点,,,,,,Ti的平均晶粒尺寸为 7.4 μm,,,,,,远小于通例铸造 Ti 的晶 粒尺寸,,,,,,快速凝固导致外貌缩短而爆发的细小孔洞,,,,,,增添了细菌与合金的接触面积,,,,,,抗菌效果显着增添。。。。。。。。合金具有较小的 Cu2+释放且有较高的抗菌率。。。。。。。。Ti-Cu合金与细菌细胞膜的直接相互作用导致膜的渗透性 增强,,,,,,细菌允许 Cu2+进入细胞内,,,,,,引起接触杀菌[73]。。。。。。。。 经由激光选区熔化形成的 Ti-3Cu 合金的抗菌率相关于相同因素的铸造合金,,,,,,抗菌率提高约 70%。。。。。。。。
HOU 等学者[74] 通过激光熔覆手艺在 TC4 外貌原 位制备掺杂 Cu 颗粒的 Ca-Si 基涂层,,,,,,研究批注:激光处置惩罚后原位天生了 Ca2SiO4,,,,,,CaTiO3 和 Cu2O,,,,,,涂层表 现出优异的耐磨性和润湿性;;;;;;;;当 Cu 含量抵达 15%时,,,,,,复合涂层具有对大肠杆菌最高的抗菌活性。。。。。。。。LIU 等 学者[75] 使用激光粉末床熔合(LPBF)手艺在纯钛基体 上制备抗菌 Ti-Cu 合金(LPBF-TiCu),,,,,,激光快速加热 和冷却的优点相关于古板要领制作的 Ti-Cu合金,,,,,,会 使 Ti 合金形成较多的针状马氏体(α′-Ti),,,,,,由于其具 有较低的能量状态,,,,,,会减缓钛合金的侵蚀[76]。。。。。。。。Cu 的 加入改善了 LPBF-TiCu 合金中马氏体相变时形状应 变的自顺应性,,,,,,镌汰了位错在晶界的群集。。。。。。。。LPBFTiCu合金可以显著增进细胞的增殖,,,,,,合金外貌上的 细胞具有更多的伪足,,,,,,生物相容性优异,,,,,,对金黄色葡 萄球菌的抑制率抵达 94.81%,,,,,,抗菌效果如图 8 所示。。。。。。。。

现在,,,,,,关于激光熔覆含 Cu 涂层多用于改变金属 的耐磨性和耐侵蚀性[77 ? 78],,,,,,关于接纳激光熔覆方法引入 Cu 提高植入物抗菌性能的研究较少。。。。。。。。现阶段关 于 Cu2+的杀菌机理主要诠释为含铜的抗菌金属质料 在溶液或体液情形下溶出会释放带正电的 Cu2+离子,,,,,,而细菌的生物膜通常带负电荷,,,,,,二者之间会爆发吸 附作用,,,,,,从而导致细胞膜上的电荷漫衍不匀称,,,,,,细菌 形态在不匀称的库仑力作用下爆发变形,,,,,,细胞膜的 渗透性改变,,,,,,最终造成细菌壁和细菌膜的破碎,,,,,,导致 细胞质的溶出,,,,,,从而杀死细菌[79] 。。。。。。。。
3、竣事语
(1)激光外貌改性诱导钛合金爆发抗菌涂层的调 控机理尚不明确,,,,,,以及怎样提升抗菌涂层制造手艺 的准确性,,,,,,增进抗菌性和生物相容性越发协调,,,,,,是现 阶段钛合金激光外貌改性的研究重点。。。。。。。。
(2)虽然 Ag,,,,,,Cu 等抗菌元素的抗菌性已经获得 验证。。。。。。。。可是,,,,,,现在关于金属离子的抗菌机制及细胞 毒性机制的研究尚不明确。。。。。。。。岂论是通过构建含有抗 菌元素的抗菌涂层照旧合金化处置惩罚,,,,,,都需要包管植 入物的恒久无害性。。。。。。。。因此,,,,,,可以在包管抗菌元素的 最小添加量下,,,,,,同时加入多种微量抗菌元素。。。。。。。。
(3)关于钛及钛合金的生长,,,,,,仍然需要对引发炎症 和细菌熏染方面投入大宗研究。。。。。。。。钛合金的植入要在 包管对人体组织恒久无害的条件下,,,,,,构建稳固且多 功效的复合涂层以知足现实应用中的多种需求,,,,,,是 钛及钛合金在生物医用领域中未来研究的主要偏向。。。。。。。。
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第一作者: 马振,,,,,,博士,,,,,,副教授;;;;;;;;主要从事医用钛合金外貌 改性的科研和教学事情;;;;;;;;已揭晓论文 20 余篇;;;;;;;;jmsdxmz@163.com。。。。。。。。通讯作者: 牟立婷,,,,,,博士,,,,,,副教授;;;;;;;;主要从事医用生物质料 研究;;;;;;;;muliting@163.com。。。。。。。。
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