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1、河北工业大学城市学院 毕 业 论 文 作 者： 黄伟民 学 号： 097973 系 ： 材料科学与工程 专 业： 材料成型(铸造) 题 目： 表面抗菌钛合金植入体的研究指导者： 李宝娥 副教授 评阅者： 2013 年 6 月 10 日毕业论文中文摘要题目：表面抗菌钛合金植入体的研究摘要： 本课题通过将抗菌剂（Ag）引入到钛片表面，使得钛片具有抗菌能力。本课题主要采用两种途径在钛表面进行抗菌剂的引入，即在阳极氧化产生纳米结构时就把抗菌剂Ag引入到钛的表面的一步法载银，和首先采用阳极氧化方法在钛表面制备纳米结构，然后再用电化学沉积法把AgNO3溶液中的Ag引入到钛片上的两步法载银。通过SEM、IC
2、P-OES、EDS考察载银前后，形貌与组成的变化。分析实验工艺对抗菌剂引入量的影响，并考察抗菌剂的缓释情况。关键词：钛合金 Ag 阳极氧化 抗菌剂 表面抗菌材料毕业论文外文摘要Title： on the surface of antibacterial research of titanium alloy implantsAbstract：This topic through the antibacterial agent is introduced into the implant material surface, to obtain antimicrobial type implant
3、materials. This topic mainly adopts two ways on titanium surface by the introduction of antibacterial agent, namely in the anodic oxidation produce nanostructures is antibacterial Ag were introduced onto the surface of the titanium silver one-step method, and the first anodic oxidation method is use
4、d in the preparation of nanostructured titanium surface, and then put titanium in AgNO3 solution and let stand for a certain time for two-step loading silver, silver and silver through SEM, XRD, EDS, before and after changes in the morphology and composition. Technology affects the quantity of antim
5、icrobial agent is introduced into analysis experiment, and investigating the slow release of antibacterial agent. Keywords：titanium alloy Ag Anodic oxidation antimicrobial Surface antibacterial materials 河北工业大学城市学院2013届本科毕业论文1目 次1 绪论11.1抗菌材料的简介11.1.1 抗菌材料的的定义11.1.2 抗菌材料的分类11.2抗菌材料的应用21.3抗菌材料的发展及国内外研
6、究现状31.4抗菌材料的发展趋势41.5本课题的研发意义.4 2.载银二氧化钛抗菌材料.52.1二氧化钛纳米管52.1.1二氧化钛纳米管简介52.1.2二氧化钛纳米管的制备方法62.1.3阳极氧化制备二氧化钛纳米管阵列 72.1.4纳米管的特点及影响形成因素82.2银系抗菌材料82.2.1银系抗菌材料简介 82.2.2银系抗菌材料的抗菌机理92.2.3银系抗菌材料中抗菌剂的特点及用途92.2.4银系抗菌材料的问题92.2.5银系抗菌材料的发展93.实验原理及试验方法103.1实验药品与仪器103.2材料的表征103.2.2.扫描电子显微镜113.2.2原子吸收光谱114.实验方案 114.1具
7、体操作步骤114.1.1阳极氧化的钛片制备124.1.2阳极氧化电解液制备124.1.3阳极氧化进行二氧化钛纳米管的制备124.1.4银离子缓释实验134.1.2钛片上细胞数量与生物相容性检测134.2实验结果与分析144.2.1钛片上纳米管的结构分析144.2.2TiO2纳米管的载银分析154.2.3银离子的缓释分析194.2.4细胞数目及生物相容性的分析.20结 论22参 考 文 献23致 谢25 1.绪论随着社会老龄化进程的加速，以及车祸等意外原因导致的骨折、骨缺损事故增多，人们对骨植入材料的需求逐年增加。钛、不锈钢等金属材料是目前应用较广的骨植入材料，然而这些金属骨植入材料与器件普遍不
8、具有抗菌性。当材料植入人体进行受损骨组织的修复与替换时，容易引入周围环境中的葡萄球菌等病原体，从而诱发术后感染。此外，植入物作为异物也有可能诱发局部免疫抑制而形成适宜病原菌生长和增殖的纤维炎症区。据报道，植入体引发的术后感染发生率高达20%1。它不仅会延长伤口的愈合时间，损害植入体的使用效果，并且严重时还可造成肢体伤残与功能障碍，甚至危及到人的生命，为了有效预防和治疗术后感染，保证植入体的正常使用，对抗菌植入体的研究应予以重视。装载于植入体表面的抗菌剂可以通过缓慢释放来使得创伤区域局部形成较高的药物浓度，从而抑制致病细菌在植入体周围黏附和生长，进而降低术后感染。同时进入血液循环的药量较少，避免
9、了抗菌剂对其它组织、器官的毒副作用2。银系离子抗菌剂具有广泛性、持久性好，抗菌活性高，安全性高(毒性小、无致癌性、无刺激性、无致畸形等)，耐热性好等优点3。为了保护人体健康，提高生活的品质，维护和改善生活以及工作的环境，研究和开发新型、高效、环保、无毒副作用和具有优异持久性并且经济实用的抗菌剂和抗菌材料将成为时代所需和当前研究人员的重要课题之一4。1.1抗菌材料的简介1.1.1抗菌材料的定义抗菌材料就是指自身具备有杀灭或者抑制微生物（真菌、细菌、藻类及病毒等）功能的一类新型功能材料。在自然界中存在许多物质本身就具有良好的杀菌或者抑制微生物的功能，例如部分带有特定基团的有机化合物部分矿物质和天然
10、物质一些无机金属材料或者其化合物。但是目前抗菌材料更多的是指通过添加一定的抗菌物质（通常称为抗菌剂）， 从而使材料具备有抑制或者杀灭表面细菌或者其他微生物能力的一类新型功能材料，例如抗菌纤维和织物抗菌陶瓷抗菌塑料抗菌金属材料等。1.1.2抗菌材料的分类5抗菌材料一般分为：无机抗菌剂，有机抗菌剂，天然抗菌剂，全材料抗菌和纳米抗菌材料。1. 无机抗菌剂无机抗菌剂是利用银、锌、铜等金属的抗菌能力，通过物理吸附，离子交换等方法，把一些金属或其离子如铜、锌、银等固定在纳米管、沸石，硅胶等一些多孔材料的表面上来制造成抗菌剂，然后把抗菌剂加入到相应的制品中从而得到具有一定抗菌能力的材料。像汞（水银）、镉、铅
11、等重金属也具有一定的抗菌能力，但是他们对人的身体有毒害作用；铜、钴、镍等离子都有颜色，他们会对产品的美观度产生影响，锌具有一定的抗菌能力，但是它的抗菌强度仅为银离子的千分之一。因此，在无机抗菌剂中占主导地位的是银离子抗菌剂。银离子类抗菌剂做为最常用的抗菌剂，其为白色细粉末状，耐热温度可以高达1300以上。银离子类抗菌剂的载体一般有磷酸锆、陶瓷、沸石、活性炭等。有的时候还会加些铜离子或者锌离子以提高其协同能力。此外无机抗菌剂还包括氧化铜、氧化锌、磷酸二氢氨、碳酸锂等一系列物质。2. 有机抗菌剂有机抗菌剂的主要品种有香草醛或乙基香草醛类化合物，常用于聚乙烯类食品包装膜中，起到抗菌作用。另外还有酰基
12、苯胺类、噻唑类、咪唑类、季铵盐类、异噻唑酮衍生物、双呱类、酚类等。目前有机抗菌剂的安全性尚在研究之中。一般来说有机抗菌剂耐热性差些，容易水解，有效期短。3. 天然抗菌剂天然抗菌剂主要是指从天然植物中提取的，例如蓖麻油、山葵、甲壳素、芥末等，使用简便，但是抗菌作用有限，耐热性较差，杀菌率低，不能广谱长效使用且数量很少。4. 全材料抗菌全材料抗菌是天津石泰集团和上海宝钢集团的首创，整体全部都采用抗菌不锈钢原材料打造，目前这个全材料抗菌已经被应用到朗维抗菌餐具，具有持久、优良的抗菌性能，对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌等杀灭率均在99%以上，表面磨损后仍能保持良好抗菌性能。5. 纳米抗菌材料纳米抗菌材料是
13、指将无机抗菌剂采用高科技的纳米技术处理，使其具备有更为广泛、卓越的抗菌杀菌功能，并且通过缓释作用，提高了抗菌长效性。1.2抗菌材料的应用目前，银系无机抗菌剂主要应用在结构材制品中，如内衣、鞋里、车衬、冰箱衬等。由于它具有防霉、防腐、除臭、杀菌、预防疾病、美化环境等一系列重要功能。预计随着科学技术的发展，人民生活水平的提高、银抗菌制品将会得到广泛的应用6。目前，纳米二氧化钛抗菌材料应用的领域越来越广泛，从卫生陶瓷制品到日常穿用的纤维服装，再到家居常用的家用电器、塑料薄膜、玻璃，以及建筑用的涂料等，都已经或正在逐步采取用纳米TiO2材料抗菌防臭加工处理7.银系抗菌材料与纳米二氧化钛纳米管都有一定的
14、缺陷Ag+易氧化成Ag2O，二氧化钛易形成电子-空穴对易复合8，所以把两者结合在一起形成载银二氧化钛抗菌材料，即本文主要探讨的抗菌材料，TiO2系抗菌剂具有很高的光催化活性,并且具有耐酸碱和光化学腐蚀、成本低和无毒等优点,Ag系抗菌剂杀菌性能极强,消耗量极少,耐久性好,在人体内难以聚集,在化学上被称为“永久性杀菌剂”。因此,利用TiO2系抗菌剂和Ag系抗菌剂的优势互补,是可以开发出新型的二氧化钛载银抗菌剂的 9。把金属银离子的抗菌效果和纳米二氧化钛的光催化抗菌性能相结合所形成的载银二氧化钛抗菌材料,具有无毒、高效抗菌和无污染等特点。10它可以应用于化纤、橡胶、涂料、塑料、造纸、医药和食品包装等几十个行业中,具有非常广泛的应用领域。1.3抗菌材料的发展及国内外研究现状据相关资料显示，在古代世界上就有多个国家接触或者使用抗菌材料，比如埃及金字塔中的木乃伊11。据印度佛经记载，大约4000多年前，人类就知道用铜壶盛水可防止水被污染。蒙古族人使用银制餐具盛装羊奶用以保鲜。公元前300年，希腊皇帝亚历山大带兵东征，途中遭到
