新型Zr-Ti-Ag/Ag多层复合薄膜的力学性能、生物腐蚀性与抗菌性在生物医学应用中的突破研究

《Surface and Coatings Technology》：Mechanical, biocorrosion, and antibacterial properties of novel Zr-Ti-Ag/Ag multilayer composite thin film for biomedical applications

本文推荐一种通过磁控溅射技术制备的新型Zr-Ti-Ag/Ag多层复合非晶薄膜（MCTFMGs），该材料在降低杨氏模量（105.1?GPa）、提升生物腐蚀抗性（腐蚀电流密度低至10?8?A/cm2级）及强效抗菌（对大肠杆菌抗菌率达99.98%）方面表现突出，为医疗器械和植入体表面功能化提供了创新解决方案。

　　

Highlights

薄膜的沉积与微观结构表征

本研究采用直流磁控溅射技术（direct current magnetron sputtering），使用Zr₇₀Ti₃₀合金靶（原子百分比at.% ，纯度99.98 wt%）和纯银靶（99.99 wt%）制备Zr₆₂Ti₂₇Ag₁₁非晶薄膜（TFMG）及Zr₆₂Ti₂₇Ag₁₁/Ag多层复合非晶薄膜（MCTFMGs）。基板与靶材间距150 mm，溅射室抽真空至低于3.6×10^?4 Pa后，通入100 sccm氩气作为溅射气体。

薄膜的微观结构

通过硅基板上薄膜截面SEM形貌（图1a–d）可见，所有薄膜厚度均约1.0 μm，且无论银层厚度如何，均呈现清晰层间界面，表明多层膜结构质量良好、成分均匀、界面分明。图1a所示Zr₆₀Ti₂₉Ag₁₁ TFMG显示出无柱状晶、均匀的非晶结构；相比之下……

晶体层的选择

为开发具强抗菌性能的医疗器械或植入体材料，本研究中的晶体层选择需满足以下基本要求：

首先，材料须具有抗菌活性。基于此，考虑使用银（Ag）、铜（Cu）或锌（Zn）等金属元素。然而锌与铜已被证实具有人体细胞毒性[33]。近期研究表明，在相同金属离子浓度下，银离子（Ag⁺）的抗菌效果显著优于铜和锌……

结论

通过磁控溅射制备不同调制周期的Zr₆₀Ti₂₉Ag₁₁ TFMG和Zr₆₀Ti₂₉Ag₁₁/Ag MCTFMGs，实验结果表明：

（1）SEM和HR-TEM结构分析显示，所制备MCTFMGs由非晶层和多晶银层交替组成。随银层增厚，杨氏模量与硬度降低。因此，ZrTiAg/Ag-20样品……