一種沉積Ag涂層新型鈦合金骨外科材料臨床應用觀察

中圖分類號： TQ153.1⁺6 文獻標碼：A文章編號：1001-5922（2025）07-0091-04

Abstract：Inorder to makefulluseof theexcellentbiocompatibilityof titanium alloy，make ithavebetterantibacterial properties，andcan be widelyused in clinical practice，the magnetron sputtering deposition technology was used to sputer and deposit Ag coating on the surface of TC4 titanium aloy using Ag as the target material.XRD characterization was used to analyze the composition ofthe coating，and the antibacterial and corosion resistance properties of the Agcoating were tested，andtheclinical trialof titanium alloyplate implantationand internal fixation treatment was carriedout to analyze the clinical application effectof this study.The results showed that the Ag coating was successfully prepared on the surface of TC4 titanium alloy by sputering deposition technology，which not only had excelent corrosionresistance，but alsohad goodantibacterial properties，and itsantibacterialrate was more than 99.99% . In addition，the use of titanium alloy plate for local fixation can effectivelyfix the fracture fragment，which can obtain better repair effect，and the implanted titanium alloy plate has good biocompatibility.

Key words ：titanium aloy;magnetronsputtring;Agcoating;placement of internal fixation therapy;biocompatibility

鈦合金因其良好的生物相容性[1-2]得以廣泛應用于醫學領域，可以制備如人工關節、螺釘以及人造心臟瓣膜等醫療器械[2]。此外，鈦合金還具有優良的抗腐蝕性能，其理化性能彈性模量接近人骨[5-6]，且沒有任何毒素[7-8]，于臨床采用置入內固定治療時，不會誘發炎癥，還能減小對局部的應力刺激，促進骨折部位完全愈合。但隨著醫學領域的發展，鈦合金不具備抗菌性能的缺點逐漸暴露出來，醫用鈦合金不僅需要優良的抗菌性能，還需要良好的耐腐蝕性和生物相容性。TC4鈦合金 ^0]（TI-6AL -4V）是 α，β 型兩相鈦合金，具有諸多優良性能，成功應用在航空、醫學、軍事等領域，但同時TC4鈦合金也具有無抗菌性的特點。 Ag 是一種具有優異抗菌性能的金屬[11]，是生物醫學領域中常用的涂層材料。本試驗通過納米涂層制備系統[12-13]，成功在TC4鈦合金表面濺射沉積[14]Ag涂層，并測試涂層的耐腐蝕性、抗菌性，同時將其應用于骨外科臨床試驗，分析本研究在骨外科臨床應用中的效果。

1 試驗部分

1.1 試驗材料及設備

試驗選用TC4鈦合金（Ti6AI4V）為基底， Ag 為靶材，通過濺射沉積技術在TC4鈦合金表面鍍 Ag 涂層。

本試驗所用主要設備：XC-200C型超聲波清洗儀、VTG-600-2HD型雙靶磁控濺射儀、Rigaku-UltimaIV型X射線衍射儀、AXIS-ULTRADLD型X射線電子能譜儀。

1.2 試驗流程

本試驗流程如圖1所示。

1.3 涂層的制備

本試驗采用VTG-600-2HD型雙靶磁控濺射儀并試驗選用直流電源在TC4鈦合金基體表面制備Ag涂層，具體的操作步驟如下。

1.3.1鈦合金基體的預處理

使用金相砂紙打磨鈦合金基體，去除合金試樣側面及正反兩面的雜質及劃痕，再使用拋光劑對試樣進一步拋光處理，拋光處理后利用超聲波清洗儀

先后加入丙酮、酒精超聲處理 20min ，清除試樣表面的拋光劑與殘留物，再使用吹風機將試樣吹干備用。

1.3.2設備及靶材制備前處理

在試驗前要先使用金相砂紙對反應腔內進行打磨清潔，以減少試驗其他因素對試驗材料的污染，從而減小實驗誤差。同時為清潔靶材表面的污染物或氧化物，在制備前，需預濺射 10min ，進行預濺射時反應腔內的源極電壓和氬氣流量與正式制備時應相同。

1.3.3 涂層的制備

將參數調至表1所示，待反應腔內穩定后，使基片臺轉動，開始沉積涂層。

2 涂層性能測試

2.1X射線衍射（XRD）分析

本試驗通過X射線衍射[15]分析 Ag 涂層的物相組成，并利用標準PDF卡獲得所需結果。

2.2 腐蝕性能測試

將試樣制成 1cm³ 的正方體，進行試樣腐蝕性能測試，觀察試樣在電解質溶液中的腐蝕現象，并通過電化學工作站[16-17]測試其腐蝕速率，測試參數如表2電化學腐蝕測試參數所示。

2.3 抗菌性能測試

2.3.1培養試劑的配置

（1）培養基的制備。在無菌培養皿內配制LB液體培養基[18-19]進行細菌培養，將配制完成的培養基滅菌，并妥善保存。制備固體培養基時需另外再加入 1.5g 瓊脂。培養基的配制成分如表3所示。

（2）細菌懸液的制備。試驗選用E.coli、S.aureus測試涂層的抗菌性能。往4支細菌培養管中分別加入 3mL 制備好的LB液體培養基，其中兩只分別再加入 E_? coli與S.aureus單菌落，將4支細菌培養管放入恒溫振蕩器，在溫度和轉速分別為 的條件下振蕩培養 15h 。

2.3.2 抗菌性能測試內容

（1）待測試樣預處理。將試樣與 36mm² 大小的正方形 Ag 涂層分別放入一次性無菌小Ⅲ內用酒精浸泡 0.5h ，并使用紫外線燈照射 0.5h ，照射完成后將涂層試樣風干備用。

（2）菌種培養。使用LB液體培養基將E.coli與S.aureus細菌懸液稀釋至 10⁶CFU/mL ，將稀釋后的細菌懸液滴加 100μL 于待測試樣作為實驗組，對照組不加試樣。使用覆蓋膜將實驗組的試樣覆蓋后放入恒溫培養箱中培養 24h ，培養溫度設置為 37°C 。

（3）抗菌性能測試。使用 900μL 無菌PBS將培養完成的試樣沖洗干凈，并將清洗液稀釋10倍后吸取 10μL 涂布于LB固體培養基，將培養基放入上述恒溫培養箱中培養18小時，完成培養后取出培養基，并計數，利用所得數據計算涂層抑菌率：

抑菌率 Σ=Σ （1- 實驗組菌落數 ×100% 對照組菌落數

3 結果與分析

3.1 涂層表面物相分析

圖2是在鈦合金試樣表面制備Ag涂層的XRD測試結果。

由圖2可知，根據XRD標準卡片，本試驗通過濺射沉積技術，成功在TC4鈦合金表面制備了 Ag 涂層。

3.2 腐蝕性能分析

Ag 涂層試樣在濃度為 3.5% 的NaCl溶液中浸泡沒有發生明顯的腐蝕現象，只發生點蝕， Ag 涂層并未大面積脫落，且浸泡一個月后， Ag 涂層表面光澤依然還在。經試驗檢測可知，電化學腐蝕 Ag 涂層的自腐蝕電位為 -0.250E/V 、腐蝕電流密度為0.051L（mA?cm²） 且極化曲線未出現鈍化區。由于腐蝕速率與腐蝕電流密度之間成正比關系，可知，在鈦合金表面制備Ag涂層具有優良的抗腐蝕性能。

3.3 抗菌性能分析

由圖3可知， E_? .coli對照組的菌落數為201CFU/mL 、實驗組的菌落數為 0CFU/mL ;S. aureus 對照組的菌落數為 130CFU/mL 、實驗組的菌落數為0CFU/mL 。即 E coli、 s aureus分別作用 24h 之后， E. coli對照組與 s. aureus對照組的菌液濃度分別為 2.01×10⁹，1.30×10⁹ CFU/mL。可見，鈦合金試樣對 E .coli .aureus這2種細菌具有十分優良的抗菌性能，且抑菌率達到 99.99% 以上。

由上述分析可知，本試驗經過磁控濺射技術成功在TC4鈦合金表面制備了Ag抗菌涂層， Ag 涂層中的 Ag⁺ 誘導細菌的蛋白質出現聚集現象[19-20]，使培養的細菌無法完成分裂和繁殖，甚至于死亡。由此，使得Ag涂層的抑菌率達 99.99% 以上，具有優良的抗菌性能。

4鍍Ag涂層的TC4鈦合金的臨床應用

4.1 試驗內容

4.1.1 試驗對象

選取納入老年肱骨骨折且關節面臺階在 2mm 以上的患者50例，患者年齡在60-75歲，對其中25名患者實施常規保守治療的試驗對象設為對照組，25名實施鈦合金板置入內固定治療的試驗對象設為對照組對照組。

4.1.2 試驗方法

對于對照組的25名患者，采用常規保守治療，即使用石膏夾板固定患者患處 28～42d ，連續固定完成后，觀察患者恢復情況，制定適宜的恢復訓練。將鈦合金板置人內固定的25名實驗組患者的患處，麻醉后做切口，同時根據患者情況實施相應的治療。并對兩組患者實施抗骨質疏松藥物治療后支具外固定，連續固定 28d_c 。拆除支具后，進行被動功能鍛煉

42～56d ，并對患者進行X射線檢查，隨后依情況而進行訓練調整康復訓練結束后，回訪統計參與試驗患者的修復情況。

4.2 試驗結果與分析

圖4是對照組患者與實驗組治療前后的關節活動度的對比結果。

一對照組治療前-實驗組治療前6 對照組治療后--實驗組治療后內旋外旋內收外展水平水平前屈后伸彎曲伸展指標

由圖4可知，治療后的患者恢復良好，關節活動度均提高，且實驗組的關節活動度大于對照組的關節活動度。

由圖5可知，實驗組患者的療效顯著，實驗組與對照組療效優良率分別為 68% 和 28% 。

5 結語

（1）通過磁控濺射沉積技術，成功利用VTG-

600-2HD 型雙靶磁控濺射儀在TC4鈦合金濺射沉

積制備了 Ag 涂層；（2）所制備 Ag 涂層具有十分優良的抗菌性能，

抗菌率可達 99.99% 以上；（3） Ag 涂層的耐腐蝕性好，在質量分數 3.5%

NaCl溶液中的降解性能優良；（4）鈦合金板置入內固定修復可以獲得優異的

療效，即所使用的鈦合金植入物具有良好的相容性。

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