引言

眾所周知，微尺度和納米尺度的地形結(jié)構(gòu)對(duì)真核細(xì)胞和原核細(xì)胞的行為都有顯著的影響。例如，具有特殊尺寸的納米線、納米柱、納米管已被證明具有抗菌性能。開(kāi)發(fā)這種結(jié)構(gòu)提供了一種無(wú)藥物的方法來(lái)對(duì)抗感染，這被認(rèn)為是一種替代釋放抗菌劑的常見(jiàn)抗菌表面的替代品。

這種地形的特征（如形狀、高度/深度、直徑、空間和空間排列）也可以用來(lái)注入干細(xì)胞命運(yùn)的重要因素。因此，利用納米尺度的地形圖是實(shí)現(xiàn)植入物所需的生物功能的一種強(qiáng)有力的方法，如改善骨整合（即整合到宿主骨組織中）和抗菌特性。

RIE可以在大面積上快速生成仿生的、高縱橫比的納米結(jié)構(gòu)，而不需要任何面具。Tis工藝已被應(yīng)用于創(chuàng)建具有抗菌性能的bSi地形，然而，硅并不是骨科植入物材料的合適選擇。鈦及其合金代表一個(gè)重要的生物材料，骨科和牙科應(yīng)用由于屬性的組合如細(xì)胞相容性、耐腐蝕，低密度，相對(duì)較低的彈性模量與其他金屬生物材料。因此，在鈦基質(zhì)上創(chuàng)建RIE地形在臨床上具有高度相關(guān)性。

實(shí)驗(yàn)與討論

這項(xiàng)工作的目的是作為降低其在鈦植入物更理想的表面生物功能方面的潛力的必要步驟，研究ICP RIE條件對(duì)鈦表面結(jié)構(gòu)的形貌、親水性和力學(xué)性能的影響。英思特研究的ICP RIE條件為：時(shí)間、射頻和ICP功率、腔室壓力、溫度和氣體組成。我們采用納米壓痕法測(cè)量了三種ICP RIE納米級(jí)結(jié)構(gòu)的彈性模量和硬度。在鑒定之后，通過(guò)使用植入物相關(guān)感染中常見(jiàn)的菌株和革蘭氏陰性菌，以及培養(yǎng)成骨前細(xì)胞，初步評(píng)估了ICP RIE處理表面的抗菌特性和細(xì)胞相容性。

一分鐘的蝕刻不足以形成任何清晰的蝕刻結(jié)構(gòu)（圖1a、b）。此外，這些標(biāo)本在ICP RIE后的顏色沒(méi)有變化。5分鐘后可在表面形成黑色Ti納米結(jié)構(gòu)（圖1c、d）。在此條件下，Te非常短的納米柱相互連接，形成一個(gè)多孔網(wǎng)絡(luò)（圖1c）。在這項(xiàng)研究中，我們將納米柱之間的連接稱(chēng)為“支柱”（圖1c中有兩個(gè)紅色箭頭顯示其中一個(gè)）。鈦晶界分布良好，如圖2c、e所示。

在此條件下，納米柱的Te長(zhǎng)度為478±70nm（圖1g），支柱的厚度為25.2±7.5nm。隨著從5 min增加到20 min，納米結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)度增加到1.4±0.2μm（圖1f，g），而納米結(jié)構(gòu)的支柱與5 min的厚度幾乎相同（圖1）。

腔室壓力對(duì)蝕刻表面的形態(tài)和潤(rùn)濕性的影響。隨著壓力的增加，納米顆粒的長(zhǎng)度和潤(rùn)濕性逐漸減小。此外，蝕刻更為全方位，柱側(cè)壁不再垂直。

對(duì)于在0°C下生產(chǎn)的樣品，其表面相對(duì)較厚，納米結(jié)構(gòu)彼此緊密相連（圖2a，b）。在此條件下，納米柱的Te長(zhǎng)度為0.6±0.1μm（圖2）。當(dāng)溫度升高到20°C時(shí)，側(cè)壁的蝕刻速率提高，納米結(jié)構(gòu)開(kāi)始相互分離（圖2c，d）。在較高的溫度下（如40°C和60°C），形成了更高的納米柱和更大的孔隙（圖2e，g）。單個(gè)納米柱可識(shí)別，并具有測(cè)量其直徑的可能（圖2f，h)。與納米結(jié)構(gòu)的形狀和輪廓無(wú)關(guān)，蝕刻速率從0°C到40°C幾乎是線性關(guān)系（圖2）。在60°C時(shí)，觀察到一個(gè)急劇的增加（圖2）。

圖1：使用不同的Δt值創(chuàng)建的Ti納米結(jié)構(gòu)的掃描電鏡顯微圖

圖2：使用不同的腔室溫度值創(chuàng)建的鈦納米結(jié)構(gòu)的掃描電鏡顯微圖

結(jié)論

在本研究中，英思特全面地評(píng)估了主要的ICP RIE工藝參數(shù)對(duì)鈦上所產(chǎn)生的納米結(jié)構(gòu)特性的影響。通過(guò)系統(tǒng)地改變ICP RIE參數(shù)，可以產(chǎn)生具有不同形狀、長(zhǎng)度、直徑、表面潤(rùn)濕性和力學(xué)性能的納米結(jié)構(gòu)。Te蝕刻的形態(tài)包括多孔結(jié)構(gòu)和不同直徑（26-76nm）、長(zhǎng)度（0.5-5.2μm）的納米孔結(jié)構(gòu)和聚類(lèi)程度。

納米柱的長(zhǎng)度和形狀是對(duì)ICP RIE工藝條件較敏感的特征。接觸角測(cè)量結(jié)果表明，Ti ICP RIE納米結(jié)構(gòu)具有親水性，水接觸角在7°±2°和57°±5°之間。研究發(fā)現(xiàn)，腔室的Te壓力對(duì)所產(chǎn)生的納米結(jié)構(gòu)的形成有重大影響。

審核編輯 黃宇