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生物活性涂层包覆镁合金的制备与性能研究

申偲伯  
【摘要】:镁及镁合金具有良好的生物相容性和力学相容性,是很有潜力的一类可降解植入材料。然而,镁及镁合金在组织体液中降解过快,限制了其临床应用。生物活性涂层表面改性是提高镁及镁合金耐蚀性能的有效方法。理想的生物活性涂层需具备一定的致密度、厚度与矿化能力,同时,还应具备一定的粘附强度,减缓保护涂层的剥落。因此,在镁及镁合金表面制备具有上述性能的生物活性涂层,有望获得具有良好综合性能的骨修复材料。采用溶胶凝胶-浸渍提拉法结合热处理以及轴向加压,在镁合金(AZ31)表面制备了45S5涂层。热处理和轴向加压可以调节涂层的致密度和界面残余应力。经400°C热处理和4 MPa轴向加压得到的涂层具有较高的致密度,涂层与镁合金界面没有明显缺陷,涂层的粘附强度为25.8±2.6 MPa。随着在SBF(模拟体液)中浸泡时间的延长,涂层表面形成了颗粒堆积结构的矿化层,浸泡17天之后,镁合金的失重为8.9±0.7 mg/cm2。采用微波液相化学法仅需10 min在镁合金表面制备了硅掺杂羟基磷灰石双层涂层:表层为絮状HA(羟基磷灰石),底层为长片状HA,涂层的厚度为?10.7μm。涂层的粘附强度为6.7±0.7 MPa。SBF浸泡实验结果表明:长片状HA为镁合金提供了初期保护作用;絮状HA具有优异的矿化能力,形成的矿化层为镁合金提供了长期保护作用,浸泡24天之后,镁合金的失重为5.4±0.4 mg/cm2。涂层具有较高的细胞活性,上调了I型胶原蛋白和骨钙蛋白的表达。采用微波液相化学法仅需10 min在镁合金表面制备了氟掺杂羟基磷灰石双层涂层:表层为直径35 nm至45 nm的晶须状HA,底层主要为直径70 nm至80 nm的晶须状HA。涂层具有较低的溶解性和优异的矿化能力,形成的矿化层为镁合金提供了长期保护作用,浸泡24天之后,镁合金的失重为4.0±0.3 mg/cm2。晶须状HA构成的分级纳米-微米结构提高了涂层的表面生物活性,显著上调了MC3T3-E1成骨细胞主要分化标记物的表达,增强了成骨细胞的分化。氟掺杂羟基磷灰石涂层对镁合金提供长期保护作用,并改善了细胞相容性,有望作为可降解镁及镁合金的保护涂层而使用。


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