微弧氧化鎂表面鈣化涂層組織結(jié)構(gòu)與生物降解行為.pdf

1、鎂及鎂合金醫(yī)用可降解材料的研究近年來引起了越來越多的關(guān)注。限制鎂可降解材料臨床使用的關(guān)鍵問題是金屬鎂腐蝕速率過快。本文針對(duì)這一問題,采用化學(xué)方法在微弧氧化鎂表面化學(xué)構(gòu)建鈣化涂層,實(shí)現(xiàn)對(duì)微弧氧化鎂表面狀態(tài)的調(diào)整與控制,以期有效降低鎂的腐蝕速率并提高其生物活性。
　　通過深入系統(tǒng)地研究微弧氧化鎂表面鈣化涂層的微觀組織結(jié)構(gòu),了解和掌握不同鈣化涂層在微弧氧化鎂表面的形成條件,進(jìn)而提出鈣化涂層形成機(jī)制。研究鈣化處理微弧氧化鎂在模擬體液中的組

2、織演化與降解規(guī)律,建立鈣化涂層微觀組織結(jié)構(gòu)與腐蝕性能之間的內(nèi)在聯(lián)系,闡明鈣化涂層在模擬體液中對(duì)誘導(dǎo)類骨磷灰石生長(zhǎng)的貢獻(xiàn)及對(duì)微弧氧化鎂的腐蝕抑制作用。
　　研究結(jié)果表明:鈣化溶液pH值、鈣化溫度以及鈣化溶液添加順序?qū)ξ⒒⊙趸V表面鈣化涂層的微觀組織結(jié)構(gòu)具有顯著影響。在酸性鈣化溶液中進(jìn)行鈣化處理,球狀羥基磷灰石結(jié)構(gòu)首先在微弧氧化鎂表面形核并逐漸長(zhǎng)大,隨后片狀的二水磷酸氫鈣在鈣化涂層表面沉積。在酸性溶液中微弧氧化鎂表面首先發(fā)生腐蝕在表面

3、形成局部堿性區(qū),促進(jìn)溶液中HPO42-轉(zhuǎn)換成PO43-。Ca2+、PO43-以Mg(OH)2為形核點(diǎn)在微弧氧化鎂基體表面形成羥基磷灰石結(jié)構(gòu)。隨著磷灰石不斷形成,表面堿性區(qū)減弱,HPO42-與Ca2+直接作用形成二水磷酸氫鈣。局部堿性環(huán)境是促進(jìn)鈣化涂層形成的必要條件。當(dāng)鈣化溶液呈中性及堿性時(shí),在微弧氧化鎂表面無法獲得鈣磷涂層。
　　在27℃及47℃正向鈣化過程中,微弧氧化鎂表面的鈣化涂層為羥基磷灰石與二水磷酸氫鈣的混合物,鈣化溫度升

4、高至67℃時(shí),微弧氧化鎂表面的鈣化涂層僅為羥基磷灰石。在27℃及47℃反向鈣化過程中,微弧氧化鎂表面的鈣化涂層為單一的二水磷酸氫鈣,溫度升高至67℃,微弧氧化鎂表面的鈣化涂層含有少量的二水磷酸氫鈣及大量的羥基磷灰石。鈣化溶液中Ca2+濃度較高時(shí),可促進(jìn)羥基磷灰石在基體表面形成。當(dāng)鈣化溶液中含有高濃度的HPO42-及低濃度的Ca2+時(shí),微弧氧化鎂基體表面更易獲得二水磷酸氫鈣涂層。而高的鈣化溫度有利于羥基磷灰石在基體表面的形核與長(zhǎng)大,但抑制

5、了二水磷酸氫鈣在基體表面沉積。兩種鈣磷成份的形貌均隨鈣化溫度以及離子濃度變化而發(fā)生演變。
　　不同結(jié)構(gòu)的鈣化涂層并未引起相應(yīng)的腐蝕機(jī)制發(fā)生改變,在它們的交流阻抗譜中均含有三個(gè)時(shí)間常數(shù),即鈣化涂層電阻,微弧氧化層電阻和電荷轉(zhuǎn)移電阻。鈣化涂層在模擬體液中能夠有效保護(hù)微弧氧化層,進(jìn)而降低純鎂的腐蝕速率。同時(shí),鈣化涂層會(huì)在溶液中自發(fā)調(diào)整結(jié)構(gòu)而引起涂層電阻升高。鈣化處理鎂在動(dòng)、靜態(tài)模擬體液中均表現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性。鈣化涂層的存在降低了純鎂的腐

6、蝕速率,因而Mg2+,H2氣泡及OH-離子生成速度降低,從而使人體逐漸調(diào)整及處理生物降解產(chǎn)物。
　　鈣化涂層中羥基磷灰石較為穩(wěn)定,新的鈣磷相直接在其上面形核生長(zhǎng),形成具有Mg2+取代以及CO32-取代的類骨磷灰石。隨著模擬體液浸泡時(shí)間的增加,微弧氧化鎂表面鈣磷涂層的厚度不斷增加,涂層均勻地覆蓋在基體表面。鈣化條件顯著影響鈣化涂層的微觀組織結(jié)構(gòu),但隨浸泡時(shí)間的延長(zhǎng),這種影響作用逐漸減弱。鈣化處理微弧氧化鎂表面被類骨磷灰石覆蓋,表明鈣