鎂鋅基合金表面復(fù)合涂層制備及生物特性研究.pdf

1、隨著社會(huì)的發(fā)展和醫(yī)學(xué)的進(jìn)步,可降解植入材料逐漸成為當(dāng)前生物醫(yī)用材料界研究的熱點(diǎn)之一。鎂合金以其優(yōu)良的生物安全性,生物力學(xué)相容性以及可降解吸收特性成為極具發(fā)展?jié)摿θ找媸艿饺藗兦嗖A的新型可降解金屬硬組織替代材料。不過鎂合金在Cl-存在的生理環(huán)境中降解過快,阻礙其在生物體內(nèi)的應(yīng)用,目前通過表面改性提高鎂合金的耐腐蝕性能和生物相容性被廣泛研究。但是目前已有的改性方法還存在著涂層與基體結(jié)合強(qiáng)度低和耐腐蝕性不夠等問題。因此尋找具有良好生物活性的抗剝

2、離、腐蝕防護(hù)能力強(qiáng)的新型生物涂層材料體系及其制備新方法具有重要意義。
　　本文旨在采用微弧氧化結(jié)合電沉積兩步法在Mg-Zn-Ca合金表面制備具有較強(qiáng)耐腐蝕性能,較高結(jié)合強(qiáng)度和優(yōu)良生物相容性的鈣磷鹽/氧化鎂生物復(fù)合涂層。文中研究了材料的制備過程和生物特性,并對(duì)微弧氧化和電沉積的工藝參數(shù)分別進(jìn)行了優(yōu)化。利用XRD、SEM、EDS、FTIR等分析手段對(duì)涂層顯微結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析,同時(shí)對(duì)涂層表面進(jìn)行了結(jié)合強(qiáng)度和潤濕性測試。體外模擬(Vitro)

3、和體內(nèi)(Vivo)試驗(yàn)對(duì)材料的耐腐蝕性能,降解及誘導(dǎo)特性和生物相容性進(jìn)行了分析。
　　采用經(jīng)優(yōu)化后得到的微弧氧化和電沉積參數(shù)可以在鎂合金表面成功制備含有HA(Ca10(PO4)6(OH)2)、OCP(Ca8H2(PO4)6·5H2O)、Mg3(PO4)2和MgO復(fù)合涂層,其中電沉積得到的寬度約為2.5μm條片狀鈣磷鹽晶體均勻沉積于微弧氧化表面及微孔中,既提高整個(gè)涂層的生物相容性又起到半封孔的作用,增強(qiáng)了整個(gè)涂層的耐腐蝕性能;涂層中

4、的主要原子團(tuán)有PO43-和OH-;復(fù)合涂層的厚度大約在26μm,比微弧氧化涂層厚度大約10μm。通過劃痕試驗(yàn)和剪切拉伸試驗(yàn),測試復(fù)合涂層的結(jié)合強(qiáng)度。劃痕試驗(yàn)結(jié)果顯示,涂層結(jié)合強(qiáng)度為0級(jí),剪切拉伸試驗(yàn)結(jié)果顯示涂層結(jié)合強(qiáng)度≥30MPa,均符合植入條件。涂層潤濕性試驗(yàn)顯示,兩步法制備涂層潤濕性好,固—液界面能小,利于在植入骨材料和骨組織之間形成理想的生物結(jié)合界面。
　　利用腐蝕電化學(xué)系統(tǒng)測試了涂層在模擬體液(SBF)中對(duì)基體的保護(hù)作用,

5、試驗(yàn)結(jié)果表明:兩步法制備復(fù)合涂層的耐腐蝕性優(yōu)于一步法制備的涂層。與基體材料相比,復(fù)合涂層在模擬體液中的腐蝕電位提高了150mV,腐蝕電流密度從1.174×10-4A/cm2降低至9.131×10-7A/cm2,復(fù)合涂層具備更高的穩(wěn)定性,能夠更好地保護(hù)基體。腐蝕失重試驗(yàn)結(jié)果顯示,浸泡有鎂合金試樣的SBF的pH值隨時(shí)間延長而升高,其中兩步法制備復(fù)合涂層的pH值升高的幅度和速度較低。失重結(jié)果和pH值的情況一致,并得到其降解速度為1.2mg/(

6、cm2·d)。體內(nèi)試樣失重顯示其在體內(nèi)前8周的平均降解速度為0.16mg/(cm2·d)。通過對(duì)體外SBF浸泡試樣的SEM和EDS分析和對(duì)體內(nèi)取出試樣的宏觀、微觀形貌和能譜分析顯示復(fù)合涂層對(duì)鈣磷鹽有優(yōu)良的誘導(dǎo)性。
　　體外(vitro)溶血試驗(yàn)表明:復(fù)合涂層在稀釋血液中能夠有效地保護(hù)基體。未經(jīng)表面處理的鎂合金溶血率達(dá)到56.27％,經(jīng)過改性的鎂合金溶血率為2.49％,小于允許體內(nèi)植入的標(biāo)準(zhǔn)(5％),能夠用于體內(nèi)植入。體內(nèi)(Vivo

7、)試驗(yàn)的研究包括:X—射線影像觀察,取出帶骨組織試樣宏觀觀察,血清及尿液離子濃度測試,骨組織和重要臟器的組織病理切片分析。前八周動(dòng)物實(shí)驗(yàn)表明了復(fù)合涂層在體內(nèi)有效地改善了植入體與周圍骨組織的界面結(jié)合,植入體周圍有新生骨小梁形成,新生骨上有排列整齊的成骨細(xì)胞,沒有發(fā)現(xiàn)嚴(yán)重的肉牙腫脹和炎癥反應(yīng),而基體材料在體內(nèi)降解明顯,材料周圍骨組織紊亂,發(fā)現(xiàn)有異物巨細(xì)胞和炎癥;血清及尿液中各離子濃度均在正常值范圍內(nèi),材料降解產(chǎn)生的鎂離子能夠正常代謝;重要臟