鎳鈦合金材料表面等離子體氮化的抗菌作用

為深入貫徹落實(shí)《全民科學(xué)素質(zhì)行動(dòng)規(guī)劃綱要（2021-2035）》，響應(yīng)公眾對(duì)生物醫(yī)用材料的表面生物功能化領(lǐng)域的認(rèn)知需求，中國(guó)生物材料學(xué)會(huì)生物材料表界面工程分會(huì)聯(lián)合寧波華甫醫(yī)療科技有限公司共同推出材料表面的功能化改性系列科普文章。

今日帶來(lái)的是“材料的表面生物功能化系列科普”第二期《鎳鈦合金材料表面等離子體氮化的抗菌作用》，歡迎關(guān)注！

鎳鈦合金，這位醫(yī)用材料界的明星，因其獨(dú)特的形狀記憶效應(yīng)、超彈性和生物相容性，在口腔正畸牙套、心血管治療等領(lǐng)域大放異彩。然而，就像任何英雄都有弱點(diǎn)，鎳鈦合金在口腔這個(gè)多菌的戰(zhàn)場(chǎng)和長(zhǎng)期植介入的挑戰(zhàn)下，面臨著細(xì)菌感染的威脅。為戰(zhàn)勝這個(gè)弱點(diǎn)，科學(xué)家們放出了大招——提升鎳鈦合金的抗菌性能。這是如何實(shí)現(xiàn)的呢？

答案是：生物醫(yī)用材料的表面改性技術(shù)。

鎳鈦合金里的鎳元素，就像一個(gè)隱形的抗菌衛(wèi)士，可以被科學(xué)家轉(zhuǎn)化為具有強(qiáng)大抗菌能力的Ni3N薄膜。

科學(xué)家們運(yùn)用高真空環(huán)境下的等離子體浸沒(méi)離子注入技術(shù)，就像用氮?dú)狻凹す狻痹阪団伜辖鹕峡涛g，讓氮離子與鎳元素碰撞結(jié)合，形成了一層超級(jí)防護(hù)的Ni3N薄膜。這過(guò)程中，氮離子猶如小小的炮彈擊穿材料的表面，露出鎳元素，并與之結(jié)合，鑄就了抗菌利器。

實(shí)驗(yàn)證明，這層薄膜對(duì)大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的殺傷力高達(dá)99%以上。它是如何做到的？簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，Ni3N薄膜既能擾亂細(xì)菌的代謝，又能破壞細(xì)菌的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，讓細(xì)菌無(wú)處可逃。

Ni3N的抗菌魔法首先在于它的“能量剝奪術(shù)”：它能像磁鐵一樣吸引質(zhì)子H+，在材料表面創(chuàng)造一個(gè)質(zhì)子貧瘠區(qū)。這樣一來(lái)，依附在表面的細(xì)菌就像被拔掉了能量的插頭，無(wú)法制造出生命的動(dòng)力源——ATP。沒(méi)有能量，細(xì)菌自然無(wú)力興風(fēng)作浪。

不僅如此，能量斷供還引發(fā)了細(xì)菌內(nèi)部的“自由基風(fēng)暴”。細(xì)菌內(nèi)活性氧（ROS）積累，就像是一群不受控制的破壞分子，它們橫沖直撞，干擾細(xì)菌的正常生理活動(dòng)，讓細(xì)菌難以維持生命活動(dòng)。

Ni3N的抗菌第二招是**“內(nèi)部爆破術(shù)”：當(dāng)Ni-N鍵與質(zhì)子相遇，會(huì)觸發(fā)化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生氮?dú)浠衔颪Hx。這些NHx與細(xì)菌內(nèi)部的活性氧ROS一拍即合，接著在細(xì)菌體內(nèi)引發(fā)一系列連鎖反應(yīng)，最終變身為破壞力十足的活性氮RNS分子**。

這些小分子就像微型的爆破專(zhuān)家，它們?cè)诩?xì)菌的細(xì)胞膜、DNA和蛋白質(zhì)等重要部位展開(kāi)破壞行動(dòng)，引發(fā)內(nèi)部混亂，最終導(dǎo)致細(xì)菌崩潰死亡。

鎳鈦合金經(jīng)過(guò)這樣的表面功能化處理，就像披上了抗菌戰(zhàn)袍，展現(xiàn)了其神奇的力量，是不是讓人驚嘆？！

參考文獻(xiàn)：Chao Wei, Haifeng Zhang, Ji Tan, Kui Xue, Zhuyu Hou, Rongxiang Ding, Xianming Zhang, Xuanyong Liu, Nickel nitride-mediated nitrix oxide generation for combating implant-associated infections, Chemical Engineering Journal, 2024, 490, 151566.