新型Ti3Au:N和Ti3AuO涂层：大幅增强植入材料表面属性

来自 实验室仪器网

一项新研究报告了氮和氧掺杂Ti的产生天然涂层显著增强耐磨性和抗菌活性。

传统的Ti-6Al-4V合金具有强度和生物相容性，但随着时间推移会磨损和金属离子释放。新的Ti3Au：N和Ti3Au：O薄膜通过结合机械耐用性与生物活性功能来应对这些挑战。

钛植入物因其强度和耐腐蚀性被广泛使用，但表面劣化和离子浸出限制了其可靠性。陶瓷涂层如Ti-N和Ti-O硬度有所提升，但常常难以粘附和碎屑形成。金属间钛3Au最近因其高硬度和细胞相容性而受到关注。

基于此，研究人员引入了间隙氮和氧气以稳定α-Ti3Au阶段，进一步提升性能。团队制造了Ti3奥，蒂3Au：N和Ti3通过磁控管在氩气中对Ti和Au靶材进行共溅射，在Ti-6Al-4V基板上进行Au：O涂层，并受控N2或O2.

薄膜在450°C沉积，厚度约为1微米，含约14.7%氮气，13.3%氧气，21-22%黄金。利用XRD、HR-SEM、TEM、EDS和AFM进行表征，发现了β→α相转换、更小的晶粒（~27–31纳米）以及细小的锥形晶粒。元素定位显示Ti和Au分布均匀，氮氧化物检测有限，界面处氧气富集略有。

掺杂涂层的硬度约为14.7GPa，约是Ti-6Al-4V的2.4倍（约高出140%），且无模量损失。刮痕测试显示临界载荷高出3.5-4.5×且碎裂极少，表明附着力强。在模拟体液的磨损测试中，未涂层的Ti-6Al-4V摩擦系数为~0.5，而未掺杂的Ti3Au最初接近0.1，随后升至0.2。

两层掺杂薄膜保持稳定在~0.09-0.10之间，磨损率比基底低20倍以上。磨损轨迹宽度从Ti-6Al-4V的约300微米降至掺杂涂层上的几乎不可见，证明了表面完整性的优越性。

L929成纤维细胞的细胞相容性检测显示所有涂层的细胞存活率≥90%，掺杂膜保持或超过基线水平。在溶液中168小时后，金属离子浸出保持在0.2ppm以下，表明化学稳定性较强。

利用生物发光的大肠杆菌pQE-ilux，Ti3Au：N和Ti3Au：O在19-20分钟内实现了~1对数的细菌减少，与铜和银对照相当。将这种行为归因于金助生的抗菌作用，可能涉及活性氧物种和表面介导效应。

研究结果显示，间质性N和O的掺入稳定了α-Ti3Au相，增强硬度，保持柔韧性，同时增加快速抗菌性能。未来的研究将进一步完善掺杂控制，并探索Au介导细菌抑制的机制。

这些掺杂了Ti3铝涂层代表了迈向下一代植入表面的实用步骤，这些表面可能提供长期耐磨保护和抗感染能力。

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