镍钛形状记忆合金实现安全医用的重要环节

镍钛形状记忆合金因其具有独特的形状记忆效应、优异的力学性能、良好的耐腐蚀性和生物相容性以及其弹性模量与人体骨头相近的特点，在医学领域中得到广泛应用。然而，合金中的镍离子在生物体内析出容易引发过敏和中毒等问题必须解决。研究表明，通过对合金表面涂覆功能薄膜可以有效阻止镍离子的析出。采用表面涂覆技术可以在合金表面涂覆纳米到微米量级厚度的功能薄膜，使其具有比基体更优良的生物相容性，抗腐蚀性和耐磨性等特殊功能。表面涂覆技术与其它表面改性技术相比，具有约束条件少，技术类型广，材料选择空间大等优势。但是，目前制备的涂层常常存在表面凸起、孔洞缺陷、膜基结合性能差甚至脱落等问题，因此，研发理想的表面涂覆技术是镍钛形状记忆合金实现安全医用的关键。 镍钛合金的表面涂覆技术有多种，但对于需要移植到生物体内部并可能长期与生物体组织共存的器件，如人体内支架，对涂层的性能要求极高，适宜采用磁控溅射及电化学沉积技术。 磁控溅射法是在高真空中充入适量氩气，在阴极和阳极之间施加直流电压，在镀膜室内产生磁控型异常辉光放电，使氩气发生电离。氩离子被加速并轰击阴极靶表面，将靶材表面原子溅射出来沉积在镍钛合金表面上形成薄膜。此方法具有镀膜层与基材的结合力强，镀膜层致密、均匀等优点。试验表明，在镍钛合金表面形成磷酸钙涂层后，与无涂层基体相比，镍离子释放率减小了7~10倍。可选用类金刚石—一种非晶碳膜，它具有超硬晶体结构、低摩擦系数、高耐磨性、良好的生物相容性等优点。由于碳基薄膜与金属基材之间的黏附力较低，通常采用复合薄膜结构，即增加中间层如Ti、SiC等，以提高界面结合强度。锆的力学、加工、耐腐蚀性均较好，稳定性优于不锈钢和Ti。采用添加锆的复合涂层，可具有更好的硬度和耐腐蚀性，且涂层具有组织致密，膜基结合较好，表面平整等优点。锆复合涂层现已用于脑部止血夹、内固定板等医疗器械。 电化学沉积是通过向含有被沉积元素离子的溶液通电，使离子在镍钛合金表面形成目标薄膜。羟基磷灰石具有良好的生物相容性和生物活性，直接与天然骨形成键合，可作为植入体内器件的涂层材料。但它是一种脆性材料，强度不高，因此不能用作承受复杂应力情况的骨替代材料。将羟基磷灰石与ZiO2或TiO2制成复合涂层则可使膜基结合强度显著提高。这是因为复合结构涂层可以缓和基体与羟基磷灰石涂层之间界面物理化学性能的差异，尤其是热膨胀性质差异，减缓涂层内部的热应力。检测表明，复合结构涂层减少了孔隙率，使涂层密度增加，有助于提高膜基结合强度和耐腐蚀性能。