鈦表面有機(jī)復(fù)合膜的制備及防污性能研究.pdf

1、鈦憑借其高比強(qiáng)度、高耐蝕性、高耐熱性和優(yōu)異的生物相容性被廣泛應(yīng)用于船舶、海洋工程和生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域,包括石油天然氣平臺(tái)、海水淡化系統(tǒng)、熱交換設(shè)備、醫(yī)療器械及外科矯形材料等。相關(guān)實(shí)驗(yàn)表明,在一些常用材料中,鈦的防污性能較差,易被生物附著產(chǎn)生污損,如材料表面的海生物污損,矯形材料表面的細(xì)菌附著污損等,嚴(yán)重影響其正常使用性能,需要采取有效措施防止鈦金屬表面的生物污損。由于鈦的應(yīng)用環(huán)境復(fù)雜,涉及的污損生物種類繁多,如海洋中的硅藻,人體環(huán)境中的細(xì)菌

2、等,如何實(shí)現(xiàn)廣譜防污還是鈦表面防污研究的難點(diǎn)。
　　污損生物在材料表面的附著是以蛋白的吸附開始的,并通過化學(xué)鍵合、靜電作用等方式進(jìn)行固化粘附,最終形成附著污損。因此,研制抗蛋白吸附材料將有助于污損問題的解決。本文通過金屬鈦表面等離子體活化和氨基化處理,并以聚多巴胺為中間粘結(jié)層,通過原子轉(zhuǎn)移自由基聚合(ATRP)實(shí)現(xiàn)了甲基丙烯酰氧乙基-N,N-甲基丙磺酸鹽(SBMA)的接枝修飾,制備了具有良好抗蛋白吸附、防硅藻附著和抑菌的鈦表面材料

3、,并利用熱力學(xué)方法探討了其防污機(jī)制。
　　首先考察了磷酸處理、等離子體處理,以及多巴胺處理三種活化方式對(duì)鈦表面的影響,結(jié)合激光共聚焦顯微鏡、接觸角測(cè)量?jī)x和紅外光譜等手段進(jìn)行了分析與表征。實(shí)驗(yàn)表明,采用后兩種表面活化方法處理后的鈦金屬表面平整、光滑,且活化分子層與鈦金屬表面結(jié)合牢固。
　　在以上兩種活化的鈦金屬表面上,通過ATRP聚合制備了接枝有SBMA的鈦表面材料(TADBS),利用場(chǎng)發(fā)射電鏡、紅外光譜和能譜等測(cè)試手段對(duì)其進(jìn)

4、行了測(cè)試表征,利用牛血清白蛋白、硅藻對(duì)其防污性能進(jìn)行了研究,利用電化學(xué)方法考察了 SBMA接枝對(duì)鈦金屬耐腐蝕性能的影響。研究結(jié)果表明,中間活化處理產(chǎn)物TA與最終產(chǎn)物TADBS均能夠提高鈦表面的抗蛋白吸附性能,對(duì)羽狀舟形藻附著的抑制率分別達(dá)到92.7％和98.7%,具有優(yōu)良的防污性能,進(jìn)一步分析表明,表面能中γ-部分可能是影響硅藻附著的關(guān)鍵因素。電化學(xué)測(cè)試結(jié)果顯示金屬鈦表面修飾 SBMA并不影響其耐腐蝕性能,反而因有機(jī)層的隔離作用耐蝕性能

5、有所提高。
　　為充分利用TA與TADBS表面殘余的氨基與兒茶酚基團(tuán),通過其與銀離子的絡(luò)合作用將Ag引入到鈦表面,探索制備了含銀的TADBS–Ag和TA-Ag表面材料,大腸桿菌和遠(yuǎn)青弧菌培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)表明,TA與TA-Ag抑制細(xì)菌附著的性能較差,TADBS具有較好的抑制細(xì)菌附著的能力,Ag的引入會(huì)進(jìn)一步提高其抑菌性能。
　　本文通過在鈦金屬表面修飾磺酸甜菜堿分子來防止蛋白吸附,抑制硅藻和細(xì)菌的附著,盡管顯示了優(yōu)良的防污性能,但要將