在非晶合金体系中,锆基非晶合金由于优良的机械性能和生物相容性,在医疗植入手术拥有广泛的应用。但其植入物是非生物材料,手术之前必须要对表面进行活性处理,以减少人体与植入物之间的不嵌合甚至排斥反应,加强植入物界面的生物调控及动态组织重塑,保证手术顺利完成。一些传统的表面改性技术,通过改变表面形貌和粗糙度来实现生物活性的提升,这种方法具有不可控性,无法实现整体的一致性。本文通过脉冲激光与化学处理相结合的方法,对植入物进行表面活性改性,通过浸泡人体模拟体液的方法沉积出具有生物活性的羟基磷灰石(HA),对提高非晶合金医用植入物的成功率具有重要意义。(1)植入物表面微纳结构的仿生设计。通过分析人体骨及骨关节连接处表面组成,在锆基非晶合金表面设计出仿生微纳结构。通过试验不同参数下的表面微结构,速度过大或过小,微沟槽扫描不均匀出现点阵列或能量过剩使沟槽底部斑驳起伏;输出功率过大或过小,沟槽边界呈飞溅状、熔融材料在底部重新凝固使深度变浅或能量不足以制备实验所需深度。(2)Zr₅₅Cu₃₀Ni₅Al₁₀锆基非晶合金复合微纳结构的制备。利用优化后的激光参数加工出符合需求的表面微结构,再利用配置的强酸性溶液对表面进行腐蚀处理,加工出实验所需的微沟槽与腐蚀凹坑相结合的复合微结构;利用飞秒激光在纳秒激光加工的表面上进行直线扫描,加工出两种直线阵列的复合微结构。(3)Zr₅₅Cu₃₀Ni₅Al₁₀锆基非晶合金复合结构体外生物活性研究。植入物亲水性的提高可改善植入物与骨骼之间的粘附力,从而有助于在体内更快地再生受损组织。生物种植体的适宜性和生物响应取决于其表面润湿性,而润湿性是影响生物种植体性能的关键因素。高润湿性的表面有助于特定蛋白质和矿物质的吸附,从而促进植入物表面与组织之间的牢固结合。利用工业相机拍摄不同表面结构的静态接触角图像,借助测量软件Image J进行图像分析,观测对比不同表面的润湿性。人体模拟体液含有细胞生存环境所必需的离子,其中Ca²⁺、HCO₃^―、HPO₄^2-等离子,可以反应生成骨细胞附着必需的羟基磷灰石晶体,通过浸泡实验使其沉积在样品表面。羟基磷灰石的含量是判断材料表面生物活性的主要方法,每隔三天称量样品干燥后的质量,利用SEM和EDS分析表面HA沉积情况和元素含量,通过对比不同表面结构的羟基磷灰石成核速度及增重百分比,研究不同加工方法的生物活性。(4)Zr₅₅Cu₃₀Ni₅Al₁₀锆基非晶合金复合结构电化学腐蚀行为测试。利用Auto Lab电化学工作站,通过不同加工方法将试样分成四组,制作为工作电极,分析极化曲线和阻抗谱,对比不同试样的腐蚀速度和难易程度,探讨表面生物活性改性技术的差异。图[39]表[7]参[90]