锌/银二元离子注入钛表面质子响应型生物学行为

采用锌/银二元等离子体浸没离子注入技术在钛表面构建大量富银/富锌区电偶腐蚀对，利用富银区的"析氢反应"并结合富锌区的离子释放，影响相关质子(H+)泵的输运行为，以调控细胞、细菌行为，谓之"质子响应型"钛表面。优化锌/银二元离子注入工艺，在钛表面可控制备富锌及富银区；测试离子注入钛表面的腐蚀特征及表面Zeta电位；表征离子注入钛表面及亚表面的相组成、组织形态、晶体学特征及界面微观结构；用荧光染色、WesternBlot、紫外吸收光谱等方法系统研究成骨细胞、破骨细胞及细菌在"质子响应型"钛表面的黏附、增殖、分化行为，及相关蛋白的表达规律；探索富锌/富银区形成的热力学和动力学机制；探索"质子响应型"钛表面调节细胞、细菌行为的作用机制。该项目将电偶腐蚀"析氢反应"与质子输运相关的细胞、细菌行为相联系，提出了一种从分子水平调控细胞、细菌行为的新途径，可为制备抗菌性及成骨性兼优钛植入体提供理论依据。

发现基于等离子体浸没离子注入技术(PIII)的非视线注入特点，通过调控其浸没式原子加热(ASH)效应, 参照经典形核理论，可在一定程度控制银纳米颗粒的形核及长大过程。采用PIII技术亦可将锌引入钛表面，但锌与银不同，其不以颗粒形式存在(以薄膜形式存在)。研究表明，注锌处理可促进成骨相关细胞在钛表面的粘附、铺展及成骨分化，但其抗菌效果(抗大肠杆菌和金黄色葡萄球菌)不是很好。此外，采用PIII技术（同时激发锌和银脉冲阴极弧源）可将Zn和Ag两种元素同时注入钛表面。研究发现Ag/Zn 共注入处理可同时改善钛表面的成骨和抗菌性能，并且这种性能与Ag和Zn构成的电偶腐蚀过程(“析氢反应”)有关。这些实验结果表明，依据电偶腐蚀设计可控响应的表面涂层是可行的。