鎂合金表面微弧電泳耐蝕層與載銀抗菌層的制備與表征.pdf

1、鎂合金由于具備類似于人體骨組織的力學(xué)性能和杰出的生物可降解性能而被作為骨植入材料，成為當(dāng)前生物材料領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)，在骨傷病的修復(fù)研究中得到了廣泛的關(guān)注。但是目前大量的研究表明，阻礙鎂合金成為可供臨床使用的骨植入材料的因素主要由兩點(diǎn)。首先是鎂合金性質(zhì)活潑，在人體體液環(huán)境中會發(fā)生快速降解，導(dǎo)致植入部位產(chǎn)生大量氣泡、聚集過多的金屬離子和植入材料喪失力學(xué)性能，從而使引發(fā)宿主的不良反應(yīng)并導(dǎo)致植入失效。其次導(dǎo)致植入材料在植入人體初期失效的另一關(guān)鍵因

2、素是植入部位的細(xì)菌感染問題。因此鎂合金需要同時滿足耐腐蝕性和植入初期抗菌性的要求，才能作為骨植入材料應(yīng)用于人體的骨修復(fù)。表面改性技術(shù)是一種改善材料性能的有效方法，可在不改變基體性質(zhì)的基礎(chǔ)上賦予其表面額外的性能。因此可通過使用合適的表面改性工藝，在保留鎂合金本身優(yōu)良性能的基礎(chǔ)上，提高其植入初期的耐腐蝕性和抗菌性能。
　　本文根據(jù)骨組織對生物適配的要求，在Mg-Zn-Ca合金表面設(shè)計(jì)并構(gòu)建“耐蝕層、抗菌層”的復(fù)合功能化涂層。在課題組前

3、期研究“微弧氧化和脈沖雙向電沉積兩步法制備HA（羥基磷灰石）涂層技術(shù)”的基礎(chǔ)上，通過在電解液中加入HA顆粒，從而形成一步法的微弧電泳技術(shù)，制備性能優(yōu)良的HA涂層作為鎂合金表面的耐蝕層。然后在耐蝕層的表面采用浸涂多巴胺溶液的方法制備藥物的載體膜層，評價該膜層的生物活性和作為藥物載體的可行性;由于Ag具有優(yōu)良的廣譜抗菌性，所以采用浸涂法在多巴胺和AgNO3的混合溶液中制備載銀的抗菌涂層于耐蝕涂層表面，探索耐蝕涂層表面接枝載銀/聚合物的技術(shù)。

4、
　　利用掃描電子顯微鏡(SEM)表征涂層的微觀形貌，使用能譜儀(EDS)、X射線光電子能譜(XPS)、X射線衍射儀(XRD)分析涂層的物相組成和結(jié)構(gòu)。分析顯示，一步法的微弧電泳技術(shù)制備的涂層(MAO-HA)的物相組成為HA、TCP(Ca3(PO4)2)和Mg3(PO4)2。相比微弧氧化技術(shù)制備的涂層(MAO)，MAO-HA涂層具備孔隙率較低的表面和致密無孔的截面結(jié)構(gòu)。通過納米劃痕法研究耐蝕涂層與基體之間的界面結(jié)合強(qiáng)度，結(jié)果顯示M

5、AO-HA涂層與鎂合金基體的結(jié)合強(qiáng)度高達(dá)30MPa，滿足骨植入材料對涂層膜基結(jié)合強(qiáng)度的要求。采用電化學(xué)測試和體外模擬體液(SBF)浸泡的方法評價耐蝕性涂層在模擬環(huán)境下的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和體外降解行為。電化學(xué)測試顯示涂層使試樣的自腐蝕電位自-1.70V提高到-1.55V，自腐蝕電流密度自2.02×10-4A/cm2降低至1.1×10-5A/cm2，從而降低了鎂合金基體的腐蝕傾向，提高了其耐腐蝕能力。析氫實(shí)驗(yàn)和抗壓強(qiáng)度測試表明涂層延緩了試樣在浸泡

6、過程中氣體的析出和力學(xué)強(qiáng)度的降低，進(jìn)一步驗(yàn)證了涂層對于合金基體的保護(hù)性能。經(jīng)過15天浸泡后涂層試樣的抗壓強(qiáng)度達(dá)到226MPa，仍然高于人體骨組織的最高抗壓強(qiáng)度，也證明了涂層試樣可以滿足植入初期對于材料力學(xué)性能的要求。浸泡后涂層表面鈣磷鹽含量升高，揭示了涂層具有在SBF中誘導(dǎo)骨磷灰石沉積的能力。
　　SEM、AFM（原子力顯微鏡）顯示，浸涂法在微弧電泳涂層表面制備的聚多巴胺涂層填補(bǔ)了微弧電泳涂層表面的微孔，并進(jìn)一步縮小其直徑至200

7、nm以內(nèi)。XPS分析表明涂層中具有大量活性官能團(tuán)，不僅與耐蝕層之間形成化學(xué)鍵結(jié)合，而且還可以與溶液中的其他陽離子發(fā)生化合反應(yīng)。電化學(xué)測試結(jié)果表明聚多巴胺進(jìn)一步提高了試樣的耐腐蝕能力。接觸角測試表明聚多巴胺涂層具有更加優(yōu)良的親水性能，MTS實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了聚多巴胺膜層作為藥物載體具有更好的細(xì)胞相容性。所以研究結(jié)果顯示聚多巴胺膜層可以作為藥物載體對鎂合金進(jìn)行功能化涂層的制備。
　　在聚多巴胺膜層研究的基礎(chǔ)上，本文采用了共混浸涂的方法在鎂合金