关键词： 钛   微弧氧化   MoS2   光辅助抗菌   生物相容性  

摘要： 松动和细菌感染是导致钛(Ti)植入体植入失败的主要原因。通过微弧氧化技术可以在钛表面形成具有良好生物活性的多孔TiO陶瓷膜层,同时在氧化过程中可将在金属抗菌元素(银、铜、锌等)添加到TiO膜层中赋予其抗菌能力。然而,重金属离子在人体内的毒性问题限制了其临床应用。光辅助抗菌由于远程可控、精准治疗及更高的抗菌效率受到广泛关注。但通过微弧氧化制备的TiO带隙较宽,无法被近红外光激发产生活性氧(ROS)杀菌。基于此,本课题通过微弧氧化和水热复合处理工艺,在Ti表面制备了近红外响应复合涂层,赋予植入体原位光控抗菌能力。具体研究内容如下:(1)复合涂层的制备与表征首先采用微弧氧化在Ti表面构建有利于细胞粘附的TiO多孔涂层,然后通过水热处理在TiO涂层表面生长MoS纳米片,形成具有良好光热转换与光催化性能的MoS-TiO复合涂层,使其在808 nm近红外光照下具有优异的原位抗菌能力。最后通过聚多巴胺(PDA)将I型胶原蛋白(Collagen)固定在涂层表面,改善涂层的生物相容性,提高骨整合能力。通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)、傅里叶红外光谱(FTIR)分析结果表明,微弧氧化在钛表面形成了孔洞分布均匀的TiO涂层,通过水热处理在TiO涂层表面生长了均匀分布MoS纳米片,再通过与多巴胺的迈克加成反应和席夫碱反应,I型胶原蛋白被成功接枝在了涂层表面。此外,接触角测试结果表明,Col/PDA/MoS-TiO(CPM-TiO)涂层具有良好的亲水性能。(2)复合涂层体外抗生物膜性能利用平板涂布、荧光活/死染色及SEM形貌观察对复合涂层体外抗菌性能进行表征。实验结果表明MoS-TiO(M-TiO)、PDA/MoS-TiO(PM-TiO)及Col/PDA/MoS-TiO(CPM-TiO)涂层在808 nm(0.8 W/cm)光照15 min后均可快速清除金黄色葡萄球菌(***)生物膜和变形链球菌(***)生物膜。这是MoS-TiO复合涂层在近红外光照下产生的活性氧(ROS)和局部过热的协同作用所致。此外,PDA和I型胶原蛋白的接枝对复合涂层的体外抗菌性能几乎没有影响。(3)复合涂层的生物相容性及促成骨性能通过荧光染色、SEM观察及MTT实验对复合涂层体外生物相容性进行表征。结果表明,CPM-TiO复合涂层具有良好的生物相容性,且可显著促进成骨细胞的粘附、铺展和增殖。体内实验证明近红外光照射下CPM-TiO可快速清除金黄色葡萄球菌生物膜,并显著促进新骨生成。

关键词： 扫描电子束   AZ31B镁合金   温度场   晶粒细化  

摘要： 镁合金是一种轻量化的绿色工程材料,广泛应用于传动零部件、壳体制造等重要领域。而镁合金较差的硬度和耐腐蚀性能在一定程度上限制了其在工业工程领域的应用范围。本文采用扫描电子束对镁合金进行表面改性处理,研究改性后镁合金的显微组织及机械性能。本文建立了扫描电子束AZ31B镁合金的数学物理模型。基于三维瞬态热传导方程,建立镁合金温度场有限元模型,为实现更优异的晶粒细化效果,进行了附加导热固体的温度场仿真。基于热弹塑性理论,根据扫描电子束温度场仿真结果,耦合热应力建立了扫描电子束应力场有限元模型。最终得出改性过程中温度场和应力场的分布规律,并对不同工艺参数下扫描电子束AZ31B镁合金的改性结果进行了实验验证,研究其截面显微组织、表面形貌和力学性能的变化规律。研究结果表明:整个扫描电子束加热过程分为下束阶段、中期稳定阶段、收束阶段三个过程。下束0.1s时温度达到1010K,超过AZ31B镁合金熔点,表层材料处于熔融状态。中期阶段温度稳定在1210K。收束阶段达到最大温度为1450K。对比不同方式下附加导热固体的温度场仿真结果,采用压片式镁合金表面温度最低,在0.3s时升温至1004K,具有更大的升降温速率,且容易形成微熔抛光效果。对比不同束流下应力场仿真分析可得,扫描区域会出现凸起变形现象,且最大变形量出现在收束端为0.141mm,束流为6m A时表面应力值达320Mpa,超过镁合金的强度极限,改性层出现裂纹。扫描电子束改性后,AZ31B镁合金截面分为熔融层、热影响区和基体三个区域。在非平衡凝固下,改性层中Al元素的分布密度要大于基体中分布密度,晶界上析出大量细小条状且分布均匀的硬质相β-MgAl。改性层发生晶粒细化现象,晶粒由尺寸200～300μm的粗大枝状晶转变为1～5μm的柱状晶和胞状晶。截面显微硬度表现为先升高后降低的规律,在环状扫描方式下,AZ31B镁合金在距表面60μm处硬度达到最大值108.7HV;在集中下束方式下,AZ31B镁合金在距表面200μm处硬度达到最大值109.3HV。AZ31B镁合金改性后力学性能得到显著提升,其表面显微硬度、耐磨性、α-Mg相的体积分数随热流密度增加呈先升高后降低趋势,当束流为5m A时其表面显微硬度最大。扫描速度为300mm/s时,表面显微硬度从67.08HV提高到95.2HV,耐磨性最好。

关键词： 细胞外基质微环境   毛乳头细胞   生物相容性   毛囊再生  

摘要： 传统的支架材料在皮肤修复方面已经取得了突破性的进展,组织工程皮肤修复材料日益实现商业化。但是真皮层中的毛囊等附属器官的再生仍然没有成熟的理论作为支撑,大多数的材料还处于探索阶段。本课题采用毛乳头细胞（dermal papilla cells,DPCs）作为种子细胞与生物相容性良好的复合支架建立组织工程皮肤修复材料,探究对毛囊结构再生的影响。利用单细胞系和简单的材料体系为毛囊再生提供新的解决方案,丰富了软组织功能化修复的生物材料体系。为了保证DPCs的活性,通过机械解剖和胶原酶消化相结合的方法,从SD大鼠触须处提取了细胞。免疫荧光染色结果表明,所提取的细胞具有α-SMA特征蛋白强阳性表达、CK-19蛋白阴性表达的特征。结合鬼笔环肽细胞微丝染色呈现的长梭形和聚集态生长特点,证明了自提取细胞符合体外培养的DPCs的生长特性。模拟体内组织或细胞生长所处的细胞外基质微环境的结构能够更好促进细胞粘附和生长,采用相容性良好的丝素蛋白（Silk Fibroin,SF）和海藻酸钠（Sodium Alginate,SA）制备多孔的支架材料。通过对纯SF支架、纯SA支架和SF/SA复合支架的SEM扫描发现,SF与SA的复合反应能够使孔径分布稳定在173.35±20.259μm,并拥有适中的孔隙率72.845±1.537%,在主孔洞的壁上分布着小的副孔洞,为细胞的迁移和营养物质运输创造了条件。XRD和DSC分析表明SF/SA的复合提高两种原材料的相容性。良好的生物相容性是材料用于体内评价的基础。我们使用材料浸提液来培养DPCs探究对细胞的毒性和形态影响。CCK-8和Calcein-AM/PI活/死细胞染色结果显示,DPCs在复合支架浸提液中生长良好,但是SF支架浸提液对细胞有严重的毒性,细胞无法正常生长。培养3天的鬼笔环肽染色结果显示,复合支架组细胞形态和聚集生长特征保持正常,SF组细胞数量很少,细胞形态呈菱形,生长已无聚集性。这些结果说明SF/SA复合支架具有良好的细胞相容性,而SF组支架不能用于进一步的体内评价。其次,我们将DPCs接种到不同支架中,通过DAPI细胞核和支架石蜡切片染色检测细胞在支架上的生长行为。结果表明DPCs主要粘附于孔洞壁上,且复合支架组上能清楚的看到细胞聚集成团,这说明复合支架对DPCs的生长无抑制作用,而且维持了DPCs诱导毛囊再生的能力。最终我们将复合支架材料植入大鼠背部创面进行体内毛囊再生评价。接种有DPCs的支架表现出更好的促皮肤修复作用。新生组织的H＆E染色图中能看到大量的毛囊、皮脂腺等附属器官。RT-qPCR和Wb特征因子和蛋白结果显示接种DPCs的支架组具有高表达的β-catenin、ALP和Versican特征因子,CD31、ALP、β-catenin的蛋白印迹条带宽度和深度大。表明接种DPCs支架具有促进创伤修复,诱导毛囊再生的能力。

关键词： AZ系变形镁合金   氧化孕育   晶粒细化   轧制性能  

摘要： 基于变形是提高镁合金强韧性的重要途径,但镁滑移系少,成形性能较差,限制其推广应用。铸态组织细化可明显缩短镁锭均匀化处理时间,并提高塑性成形性能。本文基于氧化物孕育Mg-Al基(AZ31B和AZ80)合金,实现组织细化,主要研究Mg-RE合金屑氧化粉末种类和加入量等对合金中α-Mg和β-MgAl的细化效果,及其孕育细化对均匀化退火过程和轧制性能的影响规律,基于组织观测和理论分析探讨其影响机制。不同Mg-RE合金屑氧化粉末均可有效细化AZ31B合金α-Mg晶粒,其中Mg-30Gd(Sm)较佳添加量为3.0%,Mg-20Ce(La)较佳添加量为2.0%。对比加入等量的Mg-20La中间合金,2.0%的Mg-20La合金屑氧化粉末孕育细化效果更好,晶粒细化率达67%,力学性能更优,抗拉强度和延伸率分别提高58.7%和74.8%。细化机理归因于Mg O异质形核与RE造成成分过冷的协同细化。且Mg-20La合金屑氧化粉末可有效细化AZ80与Mg-12Al合金中粗大的β-MgAl相并减少β-MgAl的生成,较佳的添加量为3.0%。原因是La元素消耗基体中的Al原子使β-MgAl相减少,并吸附在β-MgAl生长枝晶尖端,抑制β-MgAl相的长大。β-MgAl相细化后,合金抗拉强度和延伸率分别提高26.5%和38.5%。Mg-20La合金屑氧化粉末孕育对AZ80合金的均匀化过程影响显著,组织细化后合金在400℃下均匀化退火时长由14h缩短为8h,效率提高43%。AZ31B合金和AZ80合金的极限轧制变形率分别从35%提高至65%和从35%提高至50%,力学性能也极大程度提高。机理在于细小的晶粒促进AZ系镁合金锥面(10~1)滑移系的开动,轧碎的AlLa颗粒促进合金轧制过程中动态再结晶过程,并阻碍再结晶晶粒长大,减少孪生变形,从而提高合金塑性变形能力。本文提出基于镁合金屑氧化粉末作为晶粒细化孕育剂,优化获得Mg-La合金屑氧化粉末可高效细化AZ系变形镁合金组织,并显著改善其塑性成形能力和力学性能的新工艺,对氧化夹杂有益化利用和高性能变形镁合金成形工艺开发具有一定的理论意义和参考价值。

关键词： 超疏水   超双疏   形状记忆聚合物   光热自修复   防腐  

摘要： 镁合金是最轻的金属结构材料,具有高比强度、比刚度、降噪、导电、导热等特性,在通讯电子、汽车制造、航空航天等领域具有广阔的应用前景。然而,由于镁具有较高的电负性,且表面容易形成多孔的Mg O、Mg(OH)薄膜导致镁合金耐腐蚀性能较差,因而限制了其实际应用。传统的镁合金防腐涂层虽然能够有效的将腐蚀介质与镁合金分隔,但自身却与腐蚀介质直接接触,在服役过程中,腐蚀介质会逐渐渗透涂层,进而导致镁合金严重腐蚀。超疏水、超双疏涂层能有效地降低腐蚀介质与涂层的接触面积和接触时间,因此被广泛关注。然而,传统超疏水、超双疏涂层存在稳定性差、耐盐雾腐蚀性能差、制备方法复杂等问题。因此,本论文将凹凸棒石超双疏涂层、碳纳米管超疏水涂层与形状记忆聚合物结合,分别制备了两种性能优异的镁合金防腐涂层。主要研究内容和结果如下:首先,通过将分散有缓蚀剂的形状记忆聚合物(SMP-BTA)作为粘结层,超双疏改性的凹凸棒石(fluoro ATP)作为面层,成功制备了镁合金自修复超双疏防腐涂层。该涂层具有优异的超双疏性(CA=160.4°,SA=1.8°,CA=154.7°,SA=10.1°),可耐3.5 wt%NaCl溶液浸泡腐蚀80天,耐5 wt%NaCl盐雾腐蚀54天,展现出优异的长期防腐性能,同时对各种严重的物理损伤(如10次循环划伤/自修复、六角星划伤和网格划伤)均表现出良好的自修复能力。此外,修复后的涂层仍能经受3.5 wt%NaCl溶液浸泡腐蚀60天、5 wt%NaCl盐雾腐蚀30天,展现出优异的自修复性能。其次,以光热超疏水改性的碳纳米管(PF-POS@MWCNTs)为面层,SMP-BTA为粘结底层,成功制备了镁合金光热自修超疏水长效防腐涂层,该涂层具有优异的超疏水性(CA=155.4°,SA=4°)。此外,该涂层对于化学破坏和物理破坏均具有优异的光热自修复性能。经过O等离子体化学刻蚀处理后,表面变为超亲水(CA=0°),但是在1个太阳数下暴露10分钟即可完全恢复其超疏水性(CA=155.4°,SA=4°);受物理划痕破坏后的样品,其低频阻抗模量对数值降为5(log|Z|=5),但是在1个太阳数下暴露10分钟其低频阻抗模量即可完全恢复至原始涂层状态(log|Z|=10)。并且完整的涂层可耐盐雾腐蚀50天,O等离子体化学刻蚀和物理划痕损伤光热修复后的涂层分别能够耐盐雾腐蚀50天和25天。本论文的研究为超疏水、超双疏金属防护涂层稳定性差、耐盐雾腐蚀性能差的问题提供了新的解决思路,开发了具有一定应用价值的腐蚀防护涂层制备技术。

关键词： ME20M镁合金   强度差效应   各向异性   应变率   温度   本构模型   粘塑性自洽模型  

摘要： ME20M镁合金(Mg-1.9Mn-0.3Ce合金)是一种应用较广泛的稀土镁合金,其具有耐腐蚀性好、可焊接性强和力学性能优异等特点,作为结构材料被应用于航空、航天、汽车和船舶等领域。在工程应用中,ME20M镁合金可能经历极端服役条件,例如在高、低温环境中承受高速冲击加载。此外,镁合金由于晶体结构和加工方式的特殊性,其拉伸与压缩加载下的力学行为存在强度差效应。因此,了解ME20M镁合金强度差效应的温度和应变率相关性是十分必要的。本文对ME20M镁合金在213～488 K温度范围和0.001～2500 s-1应变率范围内的拉伸与压缩塑性变形行为进行了较系统的实验研究、机制分析和模拟表征工作。对ME20M镁合金板沿轧制方向(RD)和横向(TD)进行了室温下的准静态和动态(0.001～1300s-1)单向拉伸实验,应力应变测试结果表明,ME20M镁合金沿RD和TD方向的拉伸力学行为相似,其面内各向异性程度较低。ME20M镁合金板沿RD方向在应变率0.001～1300 s-1、环境温度213～488 K的单向拉伸实验结果显示,其拉伸力学行为具有明显的应变率正相关性和温度负相关性,初始屈服应力和应变硬化率均随着测试温度的升高而减小,随着加载应变率的增加而增大。拉伸变形试件的显微观察结果表明,拉伸塑性变形机制主要为基面和柱面滑移,少量{1012}拉伸孪晶亦参与塑性变形,变形机制的种类与应变率和温度无关;室温和低温下ME20M镁合金拉伸断裂模式为韧性和脆性断裂的混合断裂,高温下ME20M镁合金拉伸断裂方式为韧性断裂。基于ME20M镁合金拉伸塑性变形特征,提出了 Zerilli-Armstrong本构模型的组合模型来描述密排六方的ME20M镁合金在较宽温度和应变率范围内的拉伸力学响应。对ME20M镁合金板沿RD、TD和法向(ND)进行了室温下的准静态和动态(0.001～2500 s-1)单向压缩实验,应力应变测试结果表明,沿RD和TD方向的压缩应力应变响应呈现“S”形,具有应变率相关性,面内各向异性程度较低;沿ND方向的压缩应力应变响应表现出应变率相关性,且面外各向异性明显。ME20M镁合金沿RD方向在应变率0.001～2500 s-1、环境温度213～488 K的单向压缩实验结果表明,压缩初始屈服应力近似应变率无关,但具有一定的温度相关性;压缩应变硬化率表现出应变率正相关性和温度负相关性。压缩变形试件的显微观察结果显示,基面滑移和{1012}拉伸孪晶是压缩塑性变形过程中的主要机制,应变率和温度对压缩塑性变形机制的影响较小。采用修正的Johnson-Cook本构模型表征了 ME20M镁合金沿RD方向在较宽应变率和温度范围内的宏观压缩应力应变响应。ME20M镁合金沿RD和TD方向室温环境下的拉伸与压缩力学响应显示,初始屈服和应变硬化行为中的强度差效应均随着应变率的增加而增大,RD方向的强度差效应略大于TD方向。ME20M镁合金沿RD方向在不同温度和应变率下的拉伸与压缩力学行为显示,ME20M镁合金初始屈服应力的强度差效应随着温度的降低和加载应变率的增加而增大;在塑性变形阶段,强度差效应的应变率敏感性随着温度的升高而增大。ME20M镁合金拉伸与压缩应变硬化率差异的原因是拉伸与压缩塑性变形中孪生的贡献不同,{1012}拉伸孪晶的大量增殖有利于应变硬化率的增大,拉伸塑性变形中孪晶的贡献较少,而在压缩塑性变形中可以明显观察到孪晶的增殖。采用粘塑性自洽(VPSC)晶体塑性模型模拟了 ME20M镁合金板在拉伸与压缩加载下的应力应变响应和织构演化。模拟结果表明,VPSC模型可较好地描述ME20M镁合金板沿不同方向、在不同应变率和温度下的拉伸与压缩塑性变形行为,模拟得到的极图与实验所获得的极图织构分布相似。基于VPSC模拟输出的不同塑性应变下的极图和各变形模式的相对活性图,获得了塑性变形过程中的织构演化过程和不同加载条件下各变形模式的演化行为。在低温和常温下,锥面滑移参与拉伸塑性变形,随着应变率的增加,锥面滑移对塑性变形的贡献增多;但在高温下,锥面滑移几乎不参与拉伸塑性变形。在压缩变形中,当塑性应变大于0.15时,{1012}拉伸孪晶消耗殆尽;当塑性应变大于0.1时,锥面滑移开始参与塑性变形,且相对活性随应变率的增加而增大;室温下锥面滑移的相对活性大于高温和低温下的锥面滑移。

关键词： AZ31B镁合金   单点渐进热成形   有限元模拟仿真   成形极限  

摘要： 随着人们对环境污染问题越来越关注,镁合金材料成为了降低能耗,保护环境、可持续发展的新型材料,镁合金板料的成形工艺种类也变得越来越广泛。单点渐进成形技术是一种新型的板料成形工艺,作为一种无模或只需使用简单模具的成形技术,弥补了冲压成形技术在制造模具过程中的生产周期长、制造成本高和制件精度不高的缺点,能在短间内制作不同形状的制件,适合个性化生产制件和小批量柔性的生产。因此,镁合金板的单点渐进成形工艺得到了很多学者的广泛研究,具有广阔的应用发展前景。本文选用镁合金材料里具有良好机械性能,常常被人们用作变形材料的AZ31B镁合金作为研究对象,由于AZ31B镁合金在常温下具有较差的成形性,所以本文将针对高温状态下AZ31B镁合金物理属性,通过有限元模拟仿真对AZ31B镁合金单点渐进热成形下的直壁圆筒成形极限深度进行研究。首先,通过查阅资料获得AZ31B镁合金在250℃下的密度、泊松比、barlat常数等金属材料主要物理参数,再通过AZ31B镁合金板材的单向拉伸试验并计算相应的数值获得沿轧制0°、45°、90°方向上的弹性模量、厚向异性指数、应变硬化指数、应变硬化系数并取平均值,将测定好的物理参数代入选取好的Barlat三参数屈服模型,该模型作为AZ31B镁合金单点渐进热成形的有限元模型。其次,采用响应曲面法中的Box-Behnken的抽样实验,对直壁圆筒成形件第一道次的成形进行了有限元数值模拟,研究了工具头直径、下压量、进给速度和成形角对成形件的最小壁厚的影响,获得了对AZ31B镁合金单点渐进热成形中成形性能最优的一组工艺参数,即工具头直径为10mm,下压量为1mm,进给速度为1200mm/min,成形角为40°。第三,针对常规的由上至下和由外到内的刀路路径,直壁圆筒件会出现凸台这一问题,将刀路进行了优化,研究发现第一道次和第三道次由上至下、由外到内顺时针成形,第二道次由下至上、由内到外逆时针成形且第三道次成形间距取1mm时,最终成形件成形性能最好。最后,采用对成形性能最优的一组参数通过改变每道次的成形角来探究直壁圆筒件最终能成形的极限深度,找到每道次成形角对直壁圆筒件成形极限深度的影响规律。

关键词： 连续葡萄糖监测   两性离子聚合物   有机胺催化剂   生物相容性   聚合物涂层  

摘要： 连续血糖监测传感器(CGMs)提供了一种有效的将血糖控制到接近正常水平的非常手段,能够有效地延缓或阻止糖尿病并发症的发生和发展,但是作为植入式医疗器械其存在的生物相容性问题及在体内的异物反应严重影响了传感器的准确性和长期稳定性。论文通过“graft to”的方式将具有生物相容性的两性离子聚合物接枝到现有传感器表面,利用涂层的抗吸附性能解决葡萄糖传感器在体内的生物相容性问题,保证传感器电流信号的稳定传输的同时,达到延长探针有效监测时间的效果。论文分别从环氧化磺酸甜菜碱共聚物的合成、聚氨酯材料表面修饰条件的确定、涂层的生物相容性及涂层的稳定性等方面展开,具体内容如下:(1)聚合物的合成:首先优化甲基丙烯酸磺酸甜菜碱(SBMA)和甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)的聚合溶剂,最终得到以AIBN为引发剂,在70℃的甲醇/乙腈混合溶剂中反应6 h,得到的环氧化磺酸甜菜碱聚合物分子量适中且分布窄、环氧官能团也能够被很好地保留。(2)涂层修饰条件的优化:先在聚氨酯传质阻力调控层表面修饰氨基硅氧烷,再利用有机叔胺催化两性离子共聚物中所含环氧官能团与硅烷锚定的氨基接枝。采用酶联免疫吸附实验(ELISA)评价了两性离子共聚物修饰医用聚氨酯材料的条件,包括氨基硅氧烷浓度、聚合物浓度、有机胺催化剂的浓度和种类、单体配比以及催化时间,得到以氨基硅氧烷的异丙醇溶液100 ppm、GMA摩尔投料量为20%、聚合物浓度为7 mg/m L,有机胺催化剂DABCO为0.01 mg/m L、催化时间1 h时PU膜片的相对蛋白质吸附量降至5%以下,6 h时PU膜片的相对蛋白质吸附量降低了99%,并且不影响原有探头电化学信号的检测。(3)涂层性能的表征:分别采用体外细胞毒性、血液相容性和涂层的长期稳定性等检测涂层的生物相容性及涂层的稳定性,结果显示:两性离子聚合物修饰后的PU表面相对平整,PU、PU-NH和PU-polymer均未表现出细胞毒性、溶血和促进凝血的作用,PU和PU-NH表面均粘附有血小板且血小板已被激活,而PU-polymer表面血小板极少粘附,浸泡了1、14、30、60、90天PU-polymer表面的相对蛋白质吸附量仍低于5%,细胞也均未粘附在膜片表面,其抗蛋白质吸附效果能够持续长达90天甚至更久。另外将两性离子聚合物涂层应用于胰岛素注射管路(TPU)和针尖(不锈钢),其相对蛋白质吸附量能够分别降低85%和95%,且TPU、TPU-NH和TPU-polymer也均表现出良好的细胞相容性。环氧化磺酸甜菜碱两性离子聚合物涂层提升了材料血液相容性和组织相容性,为开发抗吸附材料及血液相容性材料提供了新的思路,这种含有环氧化的两性离子聚合物对CGM领域具有较高应用价值,对于解决CGM植入式医疗器械的生物相容性及异物反应提供了较好的帮助,对于缓解糖尿病患者的痛苦和减少患者的并发症有巨大的社会效益。另外这种涂层作用于胰岛素输送管路,对实现人工胰腺的概念提供了良好的帮助。

关键词： 镁合金   整体壁板   级进弯曲   微观组织   弯曲半径  

摘要： 镁合金作为一种轻质材料,在航空航天、交通运输、电子信息等领域具有广泛的应用前景。镁合金在常温下难以进行加工,限制了镁合金的应用范围。本文采用级进压弯成形方法加工镁合金整体壁板,采用数值模拟方法和实验方法研究了镁合金塑性成形过程中的应力场、温度场、曲率半径等变化规律,得出以下成果及结论:(1)采用数值模拟方法,分析了镁合金整体壁板在压弯成形时材料特征位置的最大等效应力场、温度场分布规律,得到了符合预期的模拟结果,优化了模具结构、确定了工艺参数。(2)提出了一种基于Deform-3D软件的“三点法”测量曲率半径的方法,分析了工艺参数对镁合金整体壁板曲率半径的影响规律,得到整体壁板弯曲半径与压下量的关系模型。(3)研制了镁合金整体壁板级进压弯成形模具,并且完成了实验研究,采用“三点法”测量了镁合金整体壁板的弯曲曲率半径,测量结果与数值模拟结果相吻合其中最大相对误差为9.65%,并建立相关数学模型,模具结构合理,工艺参数制定合理。(4)分析了镁合金整体壁板在级进压弯成形的变形温度和压下量对动态再结晶微观组织的影响规律,随着变形量增大和变形温度升高,材料内部开始发生再结晶现象。

关键词： 骨组织工程支架   GO-AgNPs   生物相容性   抗菌性  

摘要： 目的:本研究旨在设计合成一种新型含氧化石墨烯-纳米银复合物(GO-Ag NPs)的氧化石墨烯/壳聚糖/丝素蛋白复合骨组织工程支架,以期支架具有良好的抗菌能力。本课题组在前期实验中已经设计合成了新型氧化石墨烯/壳聚糖/丝素蛋白复合支架,实验结果证明其微观结构、孔隙率、亲水性及溶胀率均表现良好,故本实验在前期研究的基础上引入载银抗菌材料,期望复合支架在具有良好生物相容性的前提下具备抗菌能力。方法:首先合成了GO-AgNPs纳米复合物,然后将其加入含有1%GO的氧化石墨烯/壳聚糖/丝素蛋白的混合溶液中,采用冷冻干燥机技术制备成一种新型的复合支架体系。根据GO-Ag NPs加入量的不同,实验分为四组:0μg/m L组(对照组)、20μg/m L组、40μg/m L组、60μg/m L组。支架制备完成后测试各组试件的物理性能、生物相容性及抗菌能力。通过扫描电镜来观察支架的微观结构,并对支架表面进行元素分析;检测支架的孔隙率、溶胀率等物理参数;将各组支架的浸提液与小鼠成纤维细胞(L929)共培养,利用CCK-8的方法来检测支架的细胞毒性;培养金黄色葡萄球菌及大肠杆菌,通过细菌粘附平板菌落计数来评价支架的抗细菌粘附能力。结果:1、实验采用冷冻干燥机技术制备疏松多孔的复合支架,通过扫描电镜观察到其微观形貌符合骨组织工程的需求,EDS分析结果显示各实验组在结合能为3.0ke V处均显示了Ag元素的波峰,说明实验组均成功引入了纳米银粒子,且随着GO-Ag NPs比例的增加,银元素的峰值也逐渐增大;2、各组支架的孔隙率、溶胀率等未有明显变化,证明添加少量的GO-Ag NPs并未对支架物理性能造成改变;3、CCK-8结果显示0μg/m L组(对照组)、20μg/m L组、40μg/m L组和60μg/m L组的毒性等级为0级或1级,均符合安全标准的要求;4、通过细菌粘附平板菌落计数结果表明,加入GO-Ag NPs的实验组表面粘附的细菌数显著少于对照组,其中40μg/m L组的抗菌率较高,对金黄色葡萄球菌的抗菌率>90%,对大肠杆菌的抗菌率接近90%。60μg/m L组对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抗菌率均>90%。结论:加入GO-AgNPs后的复合支架具有多孔结构且理化性质稳定。含40μg/m LGO-Ag NPs的氧化石墨烯/壳聚糖/丝素蛋白复合支架在生物相容性及抗菌性方面均有良好的表现,可作为具有抗菌能力的骨组织工程支架材料开展进一步的实验研究。