骨科医用纯镁表面亲水-疏水-亲水涂层构建及生物性能的调控

Magnesium and its alloys have potential applications as biodegradable orthopedic implant materials, but the fast loss of mechanical properties and the poor biocompatibility due to the fast corrosion limit their application. In order to regulate the degradation rate and the cytocompatibility of pure magnesium, a hydrophilic-hydrophobic-hydrophilic composite coating will be formed on pure magnesium, which is consisted of a nano-MgOoSiO2 hydrophilic underlaying film and a self-healing hydrophobic polymer nano-SiO2-surface hydrophilic protein composite film on the surface prepared by the combination of micro-arc oxidation (MAO) and the layers of self assemble technology. The surface and constructure characteristic and the wettability of the coating will be evaluated. The effect of the constructure characteristic and wettability on the degradation behavior and cytocompatibility will be studied. The influence of the surface characteristic and wettability on the bone tissue response will be investigated by in vivo studies. Relationships among the degradation behavior, the cytocompatibility and bone tissue response and the structure and the wettability of the coating will be built. It was proposed that research results would enrich the theory of the magnesium alloy as the bone implant materials and would provide theoretical instruction for clinical application of degradable magnesium alloy.

镁及合金在可降解骨科植入材料领域具有潜在的应用前景，但是镁合金降解过快将导致植入器械过早失效和细胞相容性问题成为限制其应用的关键问题。围绕这一问题，申请者提出将微弧氧化技术与层层自组装技术复合，通过微弧氧化技术在纯镁表面形成纳米MgO.SiO2亲水底层，再通过层层组装技术形成自修复疏水聚合物纳米SiO2复合膜及表面亲水蛋白膜，构建亲水-疏水-亲水复合涂层，调控镁的降解速度和细胞相容性。研究复合涂层结构特征与润湿性能的变化规律；研究涂层结构与润湿性对镁合金腐蚀降解和细胞相容性的影响规律；采用体内试验，评价涂层结构和润湿性对骨生长的影响。建立涂层结构和润湿性与镁合金腐蚀降解性能、细胞相容性和骨组织生长之间的关联关系。这些研究成果将丰富镁合金作为骨内固定材料理论，为实现医用可降解镁合金临床应用提供理论指导。

医用镁及合金在骨科植入材料领域具有潜在的应用前景，但其降解过快成为限制其应用的关键问题，另外，植入物临床感染一直是棘手问题。围绕上述问题，申请者提出将超声微弧氧化技术与层层自组装技术复合，通过超声微弧氧化在纯镁表面形成纳米MgO.SiO2基底，构建了亲水膜层和亲水-疏水-亲水复合膜层，调控镁的降解速度、抗菌、细胞相容性和骨生长。主要研究不同复合膜层构建及制备方法；不同复合膜层结构特征与润湿性能的变化规律；研究不同膜层结构与润湿性对镁合金腐蚀降解和细胞相容性的影响规律；评价不同膜层结构和润湿性对骨生长的影响、体内降解速率的影响及镁的体内排出途径。主要构建了纯镁超声微弧氧化-碱性活化基底，并在其表面浸渍植酸膜层、植酸-丝素膜层、浸渍植酸-化学沉积金属离子膜层、浸渍植酸载中药提取物膜层的亲水复合膜层；提出了纯镁超声微弧氧化亲水-疏水-亲水复合膜层构建设计思想，构建了纯镁超声微弧氧化-活化基底(亲水性)，并浸渍了硅烷、电沉积壳聚糖组装自修复疏水膜层为中间阻挡层，表层构建活性优异的亲水丝素膜层、中药提取物膜层、化学沉积铜（锌）膜层等，研究了不同复合膜层中聚合物复合物构筑基元、时间、pH变化对溶液中聚合物行为的影响，研究其对膜层表面及界面结构演变关系、润湿性和自修复内在联系控制，建立不同复合膜层结构和润湿性与镁合金腐蚀降解性能、细胞相容性和骨组织生长之间的关联关系。这些研究成果将丰富镁合金作为骨内固定材料理论，为实现医用可降解镁合金临床应用提供理论指导。另外，纯钛口腔种植表面功能化主要围绕提高早期骨愈合能力和抗感染性，提出微弧氧化自生图案化设计工艺，通过多巴胺、硅烷、植酸偶联载抗菌肽、载铜或锌、环肽及线肽、中药提取物膜层等，并论述抗菌机理、细胞的粘附增殖和活性及不同膜层对骨细胞早期粘附、增殖和新骨生长的作用，为口腔种植体早期骨愈合提供新材料及提供口腔种植体制备的新方法。