Ti6Al4V （TC4）是一种机械性能适宜、耐腐蚀性能优异、密度低的植入材料，在医疗植入设备中应用最广泛。然而，TC4抗摩擦性弱，生物相容性不理想，导致植入物频繁失效，严重限制了进一步的应用。因此，迫切需要一种改性方法来提升TC4的生物功能、增强其耐用性，扩大其在医疗领域的应用范围。
表面改性是提高钛合金表面生物功能最常见、最有效的技术之一，主要包括气相沉积、电沉积、转化涂层、溶胶-凝胶涂层、层层（LBL）自组装涂层等。在这些方法中，溶胶-凝胶法构建具有三维网络结构的水凝胶涂层因其优异的生物相容性和可降解性，以及作为药物的优良载体而受到广泛关注。此外，水凝胶的高含水量使其在植入物与组织之间形成特殊的“柔软湿润”缓冲区，能有效提高植入材料的耐磨性，促进生物粘附。
此外，对于植入材料，术后早期存在细菌感染的风险，一旦细菌在植入部位形成生物膜，就会导致植入失败。目前治疗细菌感染的常用方法是使用抗生素，但这会产生超级耐药菌。从稳定性和安全性的角度来看，银纳米颗粒、TiO2纳米颗粒和ZnO纳米颗粒等纳米材料因其高比表面积而受到广泛关注，并且可以在较少的添加量下表现出强杀菌的特性。近年来，TiO2纳米颗粒因其良好的生物相容性、化学稳定性、热稳定性、光催化性能和优异的抗菌性能，被广泛应用于植入材料的表面涂层制备中。
近期，吉林大学张志辉团队和东北林业大学郭云婷团队以血管壁三层结构为灵感，开发设计出一种新型多功能仿生水凝胶涂层，以增强钛合金的表面功能。
以TiO2改性的壳聚糖（CS）、明胶（Gel）、醛化透明质酸（AHA）为原料，在TC4两面制备出水凝胶涂层。该涂层可以显著降低摩擦系数，提高耐磨性，而且还能实现药物的可控释放，提高耐腐蚀性。此外，该涂层可以使钛合金表面具有优异的抗菌性能，对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌率分别达到98.44%和96.27%。因此，本研究为仿生复合水凝胶涂层的制备提供了新的思路，使其在医疗植入领域具有巨大的应用潜力。
涂层制备示意图
TC4表面CS/Gel/AHA-TiO2仿生水凝胶涂层制备示意图。
数据来源与出处
相关研究成果以“Construction of TiO2-loaded multifunctional hydrogel coatings on TC4 surfaces inspired by blood vessel walls”为标题发表在《Chemical Engineering Journal》上。
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