等離子體技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)材料上的應(yīng)用

等離子體技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)材料上的應(yīng)用分類：2009.1.1320:15作者:II閱讀：648等離子體技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)材料上的應(yīng)用繼續(xù)關(guān)注本專題是為從事等離子體技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)材料上應(yīng)用研究的蟲友提供一個交流的地方。同時也歡迎對該技術(shù)感興趣的蟲友共同參與。歡迎加入討論，原則上不希望純水貼。下面是為配合本專題所寫的一個簡單的關(guān)于等離子體浸沒離子注入與沉積技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)材料上的應(yīng)用的一段文字，算是拋磚引玉。等離子體浸沒離子注入與沉積技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)材料工程上的應(yīng)用生物醫(yī)學(xué)材料無疑是近年來材料研究領(lǐng)域發(fā)展最快的分支之一，顧名思義，由于該材料應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，除了對材料的力學(xué)等基本性能有要求以外，還需要材料在生物兼容性，特殊應(yīng)用環(huán)境（如人體）中的穩(wěn)定性等諸多方面有人們預(yù)期的表現(xiàn)。等離子體浸沒離子注入與沉積作為一種為微電子工業(yè)而生的技術(shù)，由于其在材料加工制造方面的優(yōu)異表現(xiàn)，被引入到生物醫(yī)學(xué)材料的制備領(lǐng)域。該技術(shù)最大的優(yōu)點在于能夠在不改變材料的體性能的前提下，有選擇的優(yōu)化材料的表面性能，特別適合于提高現(xiàn)有生物醫(yī)學(xué)材料的生物兼容性以及縮短有生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用前景材料投入到應(yīng)用及臨床研究的時間。本文試圖簡要地將等離子體浸沒離子注入與沉積技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)材料工程上的應(yīng)用介紹給大家，拋磚引玉，歡迎批評指正補(bǔ)充討論。等離子是物質(zhì)除固液氣以外的第四態(tài)，由處于在高激發(fā)態(tài)的原子、分子、離子等組成，整體表現(xiàn)為電中性。在等離子體浸沒離子注入與沉積過程中，材料被高密度的等離子體浸沒包圍，由離子源提供的離子被加速穿過在材料表面形成的鞘層注入到材料的表面或者在材料表面沉積形成與體相材料不同的薄層。與傳統(tǒng)的視線等離子注入相比，等離子體浸沒離子注入能夠加工不規(guī)則外形的材料，使材料獲得均勻的全方位的注入而不需要離子束掃描或者操縱靶臺。在等離子體浸沒離子沉積中，能夠同時使用不同的離子源，根據(jù)需要形成復(fù)合材料薄層而不需要破真空污染材料。此外，由于等離子體浸沒離子注入與沉積過程通常都是在較低的溫度下進(jìn)行，所以被加工的材料一直處在較低的溫度將材料的熱形變減至最小，從而不會影響材料的自身塊體性能。金屬及合金材料是最早被應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)用途的材料之一，鈦及鈦合金就是其中的杰出代表。在眾多金屬生物材料中，鈦及其合金表現(xiàn)出了良好的生物兼容性，很好的抗腐蝕性，優(yōu)異的抗疲勞性，而且密度相對較低又容易加工，所以被廣泛的應(yīng)用于關(guān)節(jié)替代和牙科材料。但是鈦的抗磨損性能不佳，通過等離子體浸沒離子注入與沉積技術(shù)，可以改善鈦的表面硬度降低材料表面的摩擦系數(shù)。此外可以進(jìn)一步將表面改性，比如在鈦中注入鈣離子，能夠加速在材料表面形成磷酸鈣，促進(jìn)成骨細(xì)胞在材料表面的黏附生長，更有利于形成新的骨組織。鎳鈦合金由于具有記憶效應(yīng)，被廣泛的應(yīng)用于形體矯正、畸齒矯正和血管擴(kuò)張等方面。但是由于鎳元素具有生物毒性，所以要盡可能的降低鎳離子的釋放。有研究表明往鎳鈦合金中等離子浸沒離子注入氮，能顯著的降低鎳離子的釋放，在不影響其記憶功能的前提下降低生物毒性，并成功用于脊椎矯正和血管擴(kuò)張。較高的摩擦力會讓使用貝塔鈦牙齒矯正器的患者感覺不適，通過離子注入降低材料表面的摩擦系數(shù)可以大幅降低患者的不舒適度。鎂合金材料也是最近幾年研究的熱點，但是鎂合金抗腐蝕性能不佳，可以通過等離子體浸沒離子注入或沉積在材料表面形成一定的抗腐蝕層，達(dá)到預(yù)期的抗腐蝕效果。此外，也有將等離子體浸沒離子注入技術(shù)應(yīng)用于較早的鈷鉻組件整形外科產(chǎn)品的報道，提高了現(xiàn)有商業(yè)產(chǎn)品的抗磨損性能，延長了使用壽命，降低了關(guān)節(jié)松脫和失敗的發(fā)生。高分子材料應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)方面是近幾十年來高分子材料研究的一個重要的方向。等離子體浸沒離子注入對高分子材料進(jìn)行處理能夠?qū)⒉牧瞎δ芑谄浔砻嬉胄碌墓倌軋F(tuán)。在等離子氛圍中，高分子材料表面鏈段上會形成自由基，這些自由基能夠與來至于離子源的自由基結(jié)合在高分子表面形成新的官能團(tuán)。產(chǎn)生的自由基在等離子體浸沒離子注入過程中起著關(guān)鍵的作用。比如，一般來講高分子材料表面是疏水的，在引入一些極性官能團(tuán)后，材料表面會變的親水，親水的表面往往能大幅改善材料的黏附性能，提高其生物兼容性，將氧氣和水注入到這類的材料表面具有顯著的效果。有時候需要生物醫(yī)學(xué)高分子材料的表面更加的疏水，使其與組織不易黏附，這時可以使用氟化物氣體作為離子源，將氟元素引入到高分子材料的表面，大幅提高材料的疏水性能?？咕牧鲜巧镝t(yī)學(xué)材料的一個重要的分支，有研究表明往高分子材料中注入銀或銅等金屬離子，能夠在不改變高分子材料體性能的前提下使得材料具有抗菌性能，可以廣泛應(yīng)用于醫(yī)療器械的抗菌處理。生物傳感器是新一輪的研究熱潮，使用至上而下的技術(shù)，用微電子的加工技術(shù)加工小型的可植入模塊用于活體的在線監(jiān)測更是方興未艾。這種裝置需要植入活體，因此其使用材料的生物兼容性十分的重要，不能引起生物體的強(qiáng)烈的排異反應(yīng)，不然就失去了監(jiān)測數(shù)據(jù)的可信度和降低了傳感器的可靠度。眾所周知，微電子加工技術(shù)是建立在對硅處理上，因此將硅進(jìn)行等離子體浸沒離子處理改善其生物兼容性是很有必要的。研究不同處理條件下的材料對直接接觸的細(xì)胞和組織的影響，以及進(jìn)一步使用分子生物學(xué)的方法深入研究諸如DNA損傷等問題，有利于尋找最優(yōu)的加工處理條件，使這類傳感器盡快的投入臨床研究。等離子體浸沒離子注入與沉積技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)材料工程中的應(yīng)用越來越廣泛。從最初的人工替代關(guān)節(jié)、整形材料、矯齒裝置和手術(shù)器械逐步拓展到幾乎全部的生物醫(yī)學(xué)相關(guān)的材料。與此同時，等離子體浸沒離子注入與沉積技術(shù)理論與設(shè)備也取得了長足的進(jìn)步，一些理論模擬研究成果開始用于解決等離子體浸沒離子注入對形狀很復(fù)雜的器件的注入不均勻的問題，市場上也出現(xiàn)了一些專為生物醫(yī)學(xué)材料加工而優(yōu)化設(shè)計制造的設(shè)備。市場就是指揮棒，面對日益增長的對于生物醫(yī)學(xué)材料需求，一種加工過程相對簡單用途廣泛的技術(shù)無疑具有肥沃的生長土壤，通過材料、等離子物理、化學(xué)、生物以及臨床醫(yī)學(xué)研究人員共同努力，等離子體浸沒離子注入與沉積技術(shù)無疑將會逐漸成為一項成熟的生物醫(yī)學(xué)材料工程技術(shù)。倉促成文，不可能將等離子體浸沒離子注入與沉積技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)材料工程上的所有應(yīng)用一一列出來，作為一項技術(shù)，有時候就看使用者如何發(fā)揮想象力去運用。基于等離子的表面技術(shù)五花八門：等離子蝕刻能在材料表面形成有序的形貌，而材料表面的形貌對細(xì)