采用真空射頻輝光放電技術(shù)對(duì)噴砂酸蝕工藝處理后的鈦表面進(jìn)行了等離子體氧化處理，利用掃描電子顯微鏡、接觸角測(cè)量儀及X射線光電子能譜儀研究了氧化膜對(duì)鈦表面形貌和親水性的影響以及其化學(xué)組成和價(jià)鍵狀態(tài)；同時(shí)通過體外細(xì)胞培養(yǎng)研究了鈦表面等離子體氧化膜對(duì)細(xì)胞粘附增殖的影響。結(jié)果表明：等離子體氧化處理保留了鈦表面噴砂酸蝕形成的微觀孔洞結(jié)構(gòu)，獲得了平均接觸角低于10°的超親水性表面；鈦表面出現(xiàn)Ti⁴⁺、Ti³⁺和Ti²⁺離子，其中主要以Ti⁴⁺存在；相比未氧化的鈦表面，氧化后的鈦表面對(duì)成骨細(xì)胞的粘附增殖有更顯著的促進(jìn)作用，這表明鈦表面等離子體氧化膜具有很好的潤濕性，利于細(xì)胞的粘附增殖。

　　鈦及其鈦合金是生物惰性金屬材料，植入體內(nèi)后容易被一層包囊纖維膜所包繞，難于和生物組織形成牢固的結(jié)合，并且鈦合金存在一些有害成分，會(huì)引起生物體的異變，因此提高鈦的生物應(yīng)用，需要對(duì)其進(jìn)行表面處理。研究發(fā)現(xiàn)醫(yī)用純鈦的生物相容性與其表面潤濕性有著直接的關(guān)系，因而提高醫(yī)用純鈦表面的親水性就顯得尤為重要了。氧化鈦是一種光催化物質(zhì)，R Wang發(fā)現(xiàn)了TiO2表面經(jīng)光誘導(dǎo)能形成超親水性。藺增分別采用直流磁控濺射鍍膜和等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法制備TiOx薄膜，發(fā)現(xiàn)其均能大大降低鈦表面接觸角。因此對(duì)鈦表面進(jìn)行氧化是提高醫(yī)用鈦材料表面潤濕性的一個(gè)方向，并且等離子體氧化膜可以提高植入體在體內(nèi)耐蝕性和阻礙金屬離子的釋放。同時(shí)研究發(fā)現(xiàn)粗糙的表面能夠增加液滴與固體表面的接觸面積，增強(qiáng)了親水性，而且具有粗糙表面的鈦種植體與骨組織的結(jié)合面積及結(jié)合強(qiáng)度均大于光滑表面的鈦種植體。因此本試驗(yàn)在噴砂酸蝕(Sandblasting and acid-etching，SLA)工藝處理獲得的鈦片試樣表面進(jìn)行等離子體氧化，分析等離子體氧化后鈦試樣的表面形貌、化學(xué)組成、價(jià)鍵狀態(tài)、親水性和成骨細(xì)胞粘附增殖的情況。

　　1、試驗(yàn)

　　1.1、鈦片試樣的制備

　　試驗(yàn)所用鈦片試樣尺寸為14mm×14mm×3mm，材料為TA2(寶鈦股份有限公司)。將加工好的鈦片試樣用清洗劑進(jìn)行手工清洗去除加工碎屑和殘留機(jī)械油污，并經(jīng)58μm(250目)、13μm(1000目)、6.5μm(2000目)SiC砂紙逐級(jí)打磨至表面呈現(xiàn)白色金屬光澤，然后依次在洗潔精、去離子水和無水乙醇中各超聲清洗5min，置于加熱箱中烘干，冷卻后裝入自封袋密封保存。

　　1.2、SLA法處理工藝

　　采用SLA工藝處理鈦試樣表面，以獲得微-納米的雙微觀孔洞結(jié)構(gòu)，具體的工藝流程參見文獻(xiàn)。工藝參數(shù)：噴砂材料為鈦砂，酸為60%H2SO4、10%HCl與去離子水按體積比1：1：2的混酸，酸蝕時(shí)間為20min，酸蝕溫度為100℃。下文將噴砂酸蝕處理后的鈦試樣統(tǒng)一稱為SLA鈦試樣。

　　1.3、等離子體氧化工藝

　　利用射頻等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(plasmaenhanced chemical vapor deposition，PECVD)設(shè)備真空輝光放電產(chǎn)生的氧離子轟擊SLA鈦試樣表面，使其生成一層氧化薄膜。工藝過程為先用Ar等離子體清洗試樣表面30min，然后開始進(jìn)行等離子體氧化，表1為等離子體氧化的參數(shù)。

表1　等離子體氧化的參數(shù)

　　1.4、試樣表面特性表征

　　試樣表面的形貌、細(xì)胞粘附用場(chǎng)發(fā)射電子掃面電鏡(SEM)(JSM-6500F，JEOL，Tokyo，Japan)進(jìn)行表征；用美國ULVAC-PHI公司生產(chǎn)的PHI-5700型X射線光電子能譜儀(XPS)分析試樣表面化學(xué)元素和價(jià)鍵狀態(tài)。使用接觸角測(cè)量儀(SL200B，科諾工業(yè)有限公司)對(duì)試樣表面進(jìn)行接觸角測(cè)量，采用θ/2法，測(cè)量范圍：0°<θ<180°，分辨率0.01°，測(cè)試精度±1°。試樣氧化完成并在真空室冷卻1h后進(jìn)行測(cè)量，一個(gè)試樣表面測(cè)量5個(gè)不同點(diǎn)，取平均值。

　　1.5、試樣表面成骨細(xì)胞培養(yǎng)

　　將試樣分別放入到孔板中，將狀態(tài)良好的MC3T3-E1小鼠原成骨細(xì)胞以2×10⁴/mL的濃度接種于試樣表面。在50%CO2、95%濕度、37℃的環(huán)境下，細(xì)胞培養(yǎng)24h。每次取出試樣后用磷酸鹽緩沖液(Phosphate　Buffered　Saline，PBS)沖洗3次，并且要吸凈液體，然后用2.5%的戊二醛固定2h，經(jīng)過清洗、烘干以及噴金處理后，用SEM 觀察成骨細(xì)胞的生長形態(tài)。

　　3、結(jié)論

　　(1)在試驗(yàn)參數(shù)下，試樣在PECVD設(shè)備中經(jīng)等離子體氧化處理后，在其表面形成了TiO2、Ti2O3和TiO薄膜，其中以TiO2為主，同時(shí)保留了由SLA處理而獲得的多孔嵌套結(jié)構(gòu)。

　　(2)在試驗(yàn)參數(shù)下，SLA 處理后的鈦試樣經(jīng)等離子體氧化后，其可以獲得接觸角低于10°的超親水性表面，并且重復(fù)性較好。

　　(3)成骨細(xì)胞粘附增殖實(shí)驗(yàn)表明，SLA 形成的多孔結(jié)構(gòu)有利于促進(jìn)成骨細(xì)胞的粘附增殖；而進(jìn)一步等離子體氧化處理后，鈦試樣表面成骨細(xì)胞的粘附增殖情況明顯優(yōu)于未經(jīng)等離子體氧化處理的噴砂處理試樣。