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改善热解碳人工心脏瓣膜材料血液相容性的研究

王向晖  
【摘要】: 本论文研究了沉积在热解碳基体上的氧化钛薄膜的结构、成分、机械性能 以及血液相容性能。 氧化钛薄膜的制备采用离子束辅助沉积法。制备时样品表面与轰击离子束 及蒸发束的束流方向均呈45°夹角。采用 Xe+作为轰击离子,束流密度为40μA/cm2。   离子束能量、沉积前的基体温度以及氧分压被设置成工艺变量,以制备出不同结   构及成分的氧化钛薄膜。   研究了工艺参数对氧化钛薄膜的结构及成分的影响。当氧分压低于1.5×10-3 Pa时,薄膜均为缺氧型的氧化钛薄膜, O/Ti比低于2:1。随氧分压的升高,薄膜 的O/Ti比增加。氧化钛薄膜为多晶结构,薄膜内的TiO和Ti2O3相的晶粒取向自 由,而TiO2相则存在着一定的(100)择优取向。轰击离子束能量对薄膜的结构 有一定的影响,能量越高,晶体的取向越混乱。薄膜的成分及结构对低于300℃ 的基体预加热温度变化不敏感。氧化钛薄膜中,各元素沿深度方向分布均匀。薄 膜与基体间存在着一层非晶过渡层。薄膜致密,密度约为 3.5g/cm2。 研究了薄膜的机械性能。不同工艺条件下制备的氧化钛薄膜的显微硬度值 在900~1000kg/mm2之间。与基体之间的结合强度约为0.314~0.47Gpa,纯钛过渡 层的沉积可以显著提高薄膜的附着力。经67万次启闭后,薄膜表面有环形磨痕 出现,但磨痕部分依然有氧化钛存在,薄膜无疲劳剥落现象出现。当启闭次数达 到161万次后,环形磨痕内侧与未磨损区交界处有少量疲劳剥落现象产生,磨痕 内仍有钛存在。 通过体内和体外实验,研究了氧化钛薄膜的血液相容性。溶血率实验结果 表明,氧化钛薄膜对血液中的红血球几乎没有破坏作用。不同工艺条件下制备的 氧化钛薄膜表面吸附的血小板数量均少于国产热解碳表面,且血小板形态正常。 01 一 国产热解碳上粘附的血小板的伪足及团聚现象很严重。国外产的热解碳表面粘附 的血小板数量少于国产热解碳,但血小板的伪足现象十分严重。白蛋白和纤维蛋 白原竟争吸附实验结果表明,一种蛋白质浓度的增加会抑制另一种蛋白质的吸 附,氧化钛薄膜表面吸附的蛋白质少于热解碳,且对白蛋白具有选择吸附性能。 在随后的动物体内样品埋置实验中,氧化钛薄膜也表现出了优于热解碳的抗凝血 性能。氧化钛薄膜使抗凝血性能提高的主要原因之一是这种缺氧的氧化钛具有适 当的表面能及表面色散分量和极化分量。


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