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基于基板的TiO_2纳米球表面层的制备与表征

任常宝  
【摘要】: 纳米TiO_2是一种新型的高性能无机材料,具有独特的物理和化学特性。如优良的光催化活性、光电性能、光致超亲水性以及很好的生物相容性和诱导类骨质矿物沉积的能力等。 本文基于纳米TiO_2涂层本身具有良好的生物相容性,加上涂层表面的光致超亲水特性,研究了可光致亲水-憎水转换的自立的TiO_2纳米球表面层的制备与表征。并初步探索TiO_2纳米球表面层这种非连续的结构作为生物医用材料应用,以及表面层的本征性能及光照等外部条件对其生物学应用的影响等。 首先,采用溶胶-凝胶法和旋涂分相法相结合的方法制备出了TiO_2纳米球表面层。然后以硅基板为载体,研究了TiO_2纳米球表面层的结构性能以及光致亲水-憎水转换的性能,最后以钛植入体为载体,研究了TiO_2纳米球表面层的生物学应用,以及光致亲水-憎水转换对这一应用的影响。表征手段包括X射线衍射、扫描电镜、透射电镜、X光电子能谱仪、傅立叶红外光谱分析仪、接触角分析仪、模拟体液浸泡以及细胞培养等。结果表明: 1.在硅基板表面上成功制备出了一层大小基本一致,分布均匀,致密的TiO_2纳米球表面层,该表面层为单层结构,且厚度与纳米球的直径(50-100nm)相当。分别掺杂La离子,Fe离子,N离子均可以成功地进入TiO_2球状纳米点中,且不会改变TiO_2纳米球表面层的形貌特征。 2.硅基板上TiO_2纳米球表面层具有在光照条件下润湿性能转变的特性,并且这一特性能够通过实验条件、离子浓度和离子掺杂得到一定程度的调控。 3.在经过硅基板上的模拟,又成功将TiO_2纳米球表面层生长在Ti植入体上。经模拟体液浸泡和细胞培养实验后,发现具有比较优异的磷灰石沉积特性和invitro细胞相容性,表明TiO_2纳米球表面层具有良好的生物活性。同时,在紫外光照射前后,由于表面的憎水/亲水特性的智能化转换,TiO_2纳米球表面层的生物活性随之发生了有规律的变化。具体而言,紫外光的照射有使生物活性增强的趋势。


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