[发明专利]一种兼具力-电和磁-电响应特性的生物医用多层金属基复合基板及其制备方法

说明书

本发明公开了一种兼具力‑电和磁‑电响应特性的生物医用多层金属基复合基板及其制备方法。该多层金属基复合基板的上下层为金属，中间层由聚偏氟乙烯三氟乙烯(P(VDF‑TrFE))薄膜和P(VDF‑TrFE)/磁性颗粒薄膜间隔设置组成，制备方法为将该多层金属基复合基板于马弗炉进行热处理，形成主要含压电β晶相的P(VDF‑TrFE)，通过极化处理获得具有力和磁双响应特性的压电材料。本发明提供的多层金属基复合基板具有良好的力‑电和磁‑电双响应特性，可应用于生物医用领域。此外本发明使用的多层金属基复合基板制备方法简单，易于实现。

技术领域

本发明涉及生物医用领域，具体涉及一种兼具力-电和磁-电响应特性的生物医用多层金属基复合基板及其制备方法。

背景技术

医用金属材料包括钛及钛合金、钽、不锈钢以及生物可降解金属镁、锌等，具有良好的机械强度、延展性和导电性，主要应用于骨科、齿科及矫形外科的内植入物及人工假体等植入医疗器械的制造，为延长患者寿命、改善患肢功能、提高患者的整体生活质量发挥了重要作用。而随着医疗需求不断增长，医用金属材料除了这些基本优点之外，还应该提供更多功能，例如骨整合，抗菌，抗肿瘤，抗凝或药物装载等功能，而金属表面性质，如表面电荷、表面化学组成、表面形貌等，可以提供这些功能，其中表面电荷的调控可以发挥很重要的作用。

PVDF是一种半结晶的压电聚合物，结晶相有α、β、γ和δ四种，其中β相的PVDF具有最大的压电性能，广泛应用于存储器、电容器、太阳能电池、传感器、生物组织修复等领域。但是PVDF存在压电系数小、输出信号低等缺陷，这极大限制其实际应用。为了提升其压电输出性能，许多方法已经被提出。其中有中国专利公开了一种无铅BaTiO3-PVDF复合膜及其制备方法，该方法制备的复合膜具有良好的力-电响应[湘潭大学.一种无铅BaTiO3-PVDF复合膜及其制备方法:CN201910181497.4[P].2019-08-02]。另外，也有研究者将P(VDF-TrFE)和磁性颗粒铁酸钴复合，在外磁场的作用下，发生磁致伸缩效应，具有良好的磁-电响应[Tang,Bolin,Zhuang,et al.Harnessing Cell Dynamic Responses on MagnetoelectricNanocomposite Films to Promote Osteogenic Differentiation[J].Acs AppliedMaterialsInterfaces,2018]。目前对于PVDF提升压电输出性能研究主要集中在复合体系的力-电或磁-电响应的一方面，而复合体系的力-电和磁-电双响应却鲜有研究，并且如何有效提高力-电和磁-电双响应更是一个被广泛关注的问题。P(VDF-TrFE)和磁性颗粒在力场和磁场作用产生的电学信号可以通过金属进行传递，可以在不改变其化学组成的情况下只产生一种物理电学信号，消除了其他材料组成成分的影响因素。所以，将P(VDF-TrFE)薄膜以及磁性颗粒复合形成一种兼具力-电和磁-电响应特性的生物医用多层金属基复合基板，对生物医用领域有很强的实际应用意义和研究价值。

发明内容

本发明的目的在于提供一种兼具力-电和磁-电响应特性的生物医用多层金属基复合基板及其制备方法，所述的多层金属基复合基板可以通过调控磁性颗粒的质量分数、P(VDF-TrFE)薄膜和P(VDF-TrFE)/磁性颗粒薄膜的厚度、多层金属基复合基板的总厚度来控制其压电性能，继而控制其力-电和磁-电响应。

一种兼具力-电和磁-电响应特性的生物医用多层金属基复合基板，由上下层金属和设于上下层金属之间的多层P(VDF-TrFE)薄膜和P(VDF-TrFE)/磁性颗粒薄膜组成，所述的P(VDF-TrFE)薄膜和P(VDF-TrFE)/磁性颗粒薄膜间隔设置；所述的磁性颗粒为铁酸钴(CFO)、铽镝铁合金(Terfenol-D)、镍钴合金(Ni-Co)的一种，在外场包括力场和磁场的作用下，具有力-电和磁-电响应特性。

一种兼具力-电和磁-电响应特性的生物医用多层金属基复合基板的制备方法，包括如下步骤：