镁合金表面植酸/羟基磷灰石生物活性涂层的制备及性能研究

【摘要】：镁及镁合金作为新一代可降解骨修复材料,具有良好的力学相容性、生物相容性、生物降解性以及骨诱导能力。然而镁及镁合金在含有Cl-的环境中降解速率过快,导致其力学性能过早失效,并引起局部高镁离子环境、过大析氢速率以及较高pH值,严重影响受伤周围组织的生长和愈合,使其临床应用受到限制。因此,研发具有可控降解能力的医用镁合金材料具有重要意义,而在镁合金表面制备保护性涂层是提高其耐蚀性的有效方法。本文采用液相反应法在AZ31镁合金表面制备了植酸/羟基磷灰石复合涂层。利用SEM和FTIR研究了工艺条件对涂层表面形貌的影响,优化了制备工艺,并通过电化学测试和体外模拟体液浸泡实验研究了材料的耐蚀性能和生物活性。实验结果表明,当羟基磷灰石的添加量为45 wt.%时,可以在镁合金表面制备出均匀无裂纹的复合涂层。涂层厚度约1.4μm,涂层与基体具有良好的结合性能。电化学测试表明,与镁合金裸片相比,复合涂层包覆镁合金的自腐蚀电位提高了190 mV,自腐蚀电流密度降低至2.28μA/cm2,电荷转移电阻提高了6倍,显著提高了镁合金的耐蚀性能。在浸泡过程中,涂层可以诱导类羟基磷灰石的生成,在提高镁合金耐蚀性的同时也改善了其生物活性。为了进一步提高镁合金的耐蚀性,本文将液相反应法和水热处理相结合,在镁合金表面制备了羟基磷灰石/植酸杂化涂层。结果表明,水热温度对涂层的形貌和组成具有显著影响。随着水热温度的升高,前驱体涂层中的无定型钙磷物质逐渐析晶,在水热温度为120?C时无定型钙磷物质析晶为羟基磷灰石,原位修复了涂层中的裂纹和气孔等缺陷。与此同时,涂层厚度增加至8.0μm,涂层与镁合金基体间界面结合强度为24.3±1.7 MPa。电化学测试及SBF浸泡实验显示,与前驱体涂层相比,水热处理后的杂化涂层其耐蚀性大幅度提高,经过16天的浸泡后仍能为镁合金提供很好的保护,并且可以诱导磷灰石的沉积,提高了基体的耐蚀性能和生物活性。