可降解医用镁合金表面涂层制备及性能研究

来源 :中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:chenchengDelphi
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镁和镁合金具有良好的生物相容性和与人体天然骨组织匹配的力学性能,可在人体内通过腐蚀逐步降解吸收,是可降解硬组织植入体材料候选。镁和镁合金化学反应活性高,在人体生理环境下降解速率过快,导致镁基材料植入体机械强度下降,无法为骨组织愈合提供有效服役周期。此外,快速降解会弱化镁基材料植入体与周围骨组织之间的结合。控制镁基材料植入体的降解速率是其临床应用的前提。本论文选用AZ31镁合金为基体,采用不同工艺制备涂层,确定合理的制备工艺参数。探查涂层的组分、结构和性能,了解涂层的形成过程与相关机制;通过体外细胞试验,探索细胞在涂层表面的粘附与增殖,阐述涂层组分、结构与其细胞行为的关系;研究涂层材料的抗菌性能,阐述其组分、结构与抗菌行为的关系。  论文的主要结果有:  1.分别采用氢氟酸浸泡化学转化法、浸涂法、等离子体电解氧化法(PEO)和水热法(HT)在镁合金表面制备氟化镁(MgF2)涂层、聚己内酯(PCL)涂层、氧化镁(MgO)涂层和羟基磷灰石(HA)涂层。在模拟体液(SBF)中,MgF2涂层和PCL涂层均显示过早失效;浸泡初期,MgO涂层发生较严重腐蚀;浸泡28天的HA涂层表面才出现点蚀,显示较好的稳定性。  2.采用PEO技术,在添加适量氟化钾的硅酸钠和氢氧化钾电解液中获得氟掺杂MgO基涂层。涂层的氟含量与电解液组分密切相关,氟化钾添加量为0.2M时,涂层出现MgF2相。腐蚀测试结果显示,MgO基涂层的抗腐蚀能力与其氟含量成正比,即较高氟含量的涂层具有较好的抗腐蚀能力。细胞相容性测试未见显著细胞毒性,但氟含量较高的涂层浸提液会降低细胞成活率。氟增加导致MgO基涂层表面细胞粘附和铺展能力增强,但过高的氟含量会抑制表面细胞增殖。  3.为实现MgO基涂层表面封孔,以MgO基涂层为基底,采用浸涂法在其表面制备聚己内酯(PCL)涂层,形成MgO/PCL复合涂层。复合涂层表面结构致密连续,可有效增强AZ31镁合金抗腐蚀能力。SBF溶液浸泡试验显示,复合涂层样品未对浸泡液pH值产生显著影响,浸泡过程中样品无明显氢气释放。MC3T3-E1细胞能够在复合涂层表面粘附和增殖,显示良好的细胞相容性。复合涂层表面不具备抗菌性,金黄色葡萄球菌和大肠杆菌在其表面大量繁殖。采用聚多巴胺(PDAM)对MgO/PCL复合涂层表面进行修饰,在复合涂层表面制备聚多巴胺层。腐蚀测试和细胞相容性测试结果显示,聚多巴胺修饰不会显著改变复合涂层抗腐蚀能力,但可增强其表面细胞粘附和增殖。在SBF溶液中,聚多巴胺修饰的MgO/PCL复合涂层表面有羟基磷灰石生成,显示良好的生物活性。聚多巴胺修饰的涂层表面虽然不具备抗菌性,但经聚六亚甲基双胍(PHMB)固定修饰即可提高其广谱抗菌性能,金黄色葡萄球菌和大肠杆菌粘附数量明显减少,菌膜破裂,细菌死亡。  4.以MgO基涂层样品为基材,采用水热法(HT)在其表面制备羟基磷灰石层(HA),实现表面封孔。MgO/HA复合涂层表面为针状羟基磷灰石,能够显著增强镁合金基体抗腐蚀能力。SBF溶液浸泡试验显示,SBF浸泡液pH值未见明显改变,浸泡过程中样品无明显氢气释放。模拟体液浸泡的MgO/HA复合涂层能够诱导羟基磷灰石生成,具有良好的生物活性。细胞实验显示,MC3T3-E1细胞能够在其表面粘附和增殖,显示良好的细胞相容性。
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