钛金属材料作为骨科手术中常用的植入体材料,虽然具有强度高、无毒性和良好的生物相容性等优势,但仍存在不具备抗菌活性,常会在手术后引发细菌感染及炎症;在复杂体液环境中的耐腐蚀性低,容易分解造成植入物服役时间短;以及较低的生物活性,使其短期内难与骨组织紧密结合等一系列性能缺陷。为了解决上述性能缺陷,常将含有抗生素、有机或无机抗菌成分的表面改性涂层涂覆在钛基底上,而与抗生素和有机抗菌剂相比,无机纳米抗菌物质具有很强的广谱抗菌活性,且不会引起细菌耐药性而被广泛关注。其中,Zn、Cu氧化物作为制备无机纳米抗菌涂层的常用材料,除了具有金属氧化物的稳定性带来的较好耐腐蚀性能外,还有释放离子实现广谱抗菌的优势,此外,锌铜元素还被证实在刺激细胞增殖方面具有积极作用。但也由于金属氧化物的稳定性,仅依靠其释放的金属离子很难获得优异的抗菌性,所以必须从抗菌机理上寻找更理想的多功能抗菌涂层。在本论文中,对锌铜的氧化物组成的纳米抗菌涂层进行结构设计,使其在具备优Neurobiological alterations异的抗菌性能同时,表现出良好的耐腐蚀性和细胞相容性。通过XRD、XPS、FE-SEM和AFM等手段对涂层的物相成分和微观结构进行分析,利用水接触角测试、电化学测试、抗菌实验和细胞相容性实验对多功能抗菌涂层进行性能的综合评价。所取得的主要研究成果如下:1、在直流反应式磁控溅射下,通过改变溅射顺序,形成了基于CuO和ZnO的单层、双层和共存形式的多功能涂层。结果显示ZnO和CuO是纯相,沉积的CuO晶粒表现为粗大而不均匀,而ZnO晶粒则是细小而相对均匀,这种特征延续在双层涂层上。单层到双层再到共存层的表面均方粗糙度从2.58 nm增加到18nm到22.6 nm。所有的多功能涂层都有助于降低接触角至最小的18.82°,并提高腐蚀电位至最大的-0.261 V。释放的离子、晶粒刺穿和p-n结增强产生的活性氧物种(ROS)共同促使ZnO/CuO复合涂层在0.5 h内与金黄色葡萄球菌或大肠杆菌直接接触时获得了90.24%～100%的抗菌率,能够有效防止植入早期手术部位的细菌感染。所有涂层在与MC3T3-E1细胞进行PS-341小鼠120小时的共培养后,细胞活力达到137.92%～145.27%,且细胞可以健康地附着在涂层表面并增殖。其中,以ZnO为底层、CuO为上层的复合涂层表现出更好的整体性能。2、采用直流反应磁控溅射,通过控制溅射过程中的O_2百分含量和溅射方式(单独溅射,共同溅射)形成了以ZnO为底层,单独溅射铜靶或共同溅射锌和铜靶制备氧化物作为表层的复合涂层。结果显示,与selleckchem D-Lin-MC3-DMA分别单独溅射锌和铜靶生成ZnO和CuO纯相相比,随着O_2的百分含量从30%、20%再到10%,复合涂层的表层厚度逐渐增大且物相成分由ZnO和CuO两相共存转变为ZnO、CuO和Cu_2O三相共存,表面生长的晶粒形状由尖锐的针刺状转变为块状再到高大的竖直状,并在O_2含量为10%时制备的复合涂层具有最高的表面均方粗糙度43.6 nm。所有涂层均为亲水性,接触角最低可达9.94°,并与钛基底-0.694 V的自腐蚀电位相比,复合涂层最高可提升到-0.247 V,从而赋予钛基底良好的耐腐蚀性能。经紫外-可见光漫反射光谱(UV–Vis DRS)、光致发光光谱(PL)和光催化降解实验证实经共溅射制备表层的复合涂层,在纵向和水平方向上形成的双p-n结结构,对增强光催化活性要优于经单独溅射形成的纵向单p-n结结构的复合涂层,同时其独特的表面形貌增大的比表面积为光催化提供了更多的反应活性位点。在Zn、Cu离子协同增强效应、表面晶粒的机械穿刺和p-n结增强产生的ROS三种机制的共同作用下,10%的O_2含量制备的共溅射表层的复合涂层在可见光下分别与大肠杆菌和金黄色葡萄球菌接触1h可达到近乎100%的抗菌率。细胞相容性实验表明,涂层的表面形貌特征和释放的离子量会影响MC3T3-E1成骨细胞在表面的伸展黏附和增殖效果。