可降解镁合金/仿生纳米羟基磷灰石涂层体系的构建及其对成骨的调控机制

In this project, based on the main problems existed in biodegradable Mg-based implants, a biomimetic nano-whisker hydroxyapatite coating with good corrosion resistance and osteoinductivity will be fabricated on ZK60 alloy by using hydrothermal method, in order to realize the matching between the repair rate of bone tissue and the degradation rate of Mg-based implants from the aspect of improving repair rate of bone tissue. Through the research of this project, we will reveal the growth mechanism of biomimetic nano-whisker HA doped with multicomponents, definite the biological mechanism of regulation of the composition and microstructure of HA coating on bioactivity and osteogenic of ZK60/HA system, clarify the regulation mechanism of composition and microstructure of HA coating on the bone tissue repair from the level of whole animal, cellular and molecular. This project will not only provide a new way of thinking in solving the key issue faced in the clinical application of biodegradable Mg-based implant, but also clarify the biological regulation mechanism of related factors in material science on the bone tissue repair, and provide important theoretical basis for the research and development of biodegradable Mg-based bone-repair materials.

针对现有可降解镁合金骨植入材料存在的突出问题，本项目基于水热法在ZK60镁合金表面构建具有优良耐腐蚀性能和骨诱导性能的仿生纳米晶须羟基磷灰石（HA）涂层，期望从提高骨组织修复再生速度方面来实现镁合金基植入材料的降解速率与骨组织愈合速率相匹配。通过本项目研究，将揭示多组元掺杂仿生纳米晶须HA涂层的生长机理，阐明涂层的成分和微观结构对镁合金/ HA涂层体系的生物活性和成骨诱导性能进行调控的生物学机制，从动物整体、细胞以及分子水平解析纳米HA涂层的成分和微观结构在骨组织修复再生过程中所起的作用以及其对修复再生速度的影响。本项目不仅为解决可降解镁合金骨植入材料的降解速度和骨组织修复再生速度相匹配这一临床应用所面临的关键问题提供了一个全新的思路，而且进一步阐明了有关材料学因素在骨组织修复再生过程中的生物学调控机制，为可降解镁合金基骨修复材料的研究发展提供重要的理论基础。

可降解镁合金的耐腐蚀性能是限制其在可降解骨修复植入材料方面应用的关键：镁合金过快的腐蚀速度使其服役期间力学性能下降较快，无法满足材料的降解速度和骨.组织修复重建速度的匹配。本项目基于水热法在ZK60镁合金表面构建具有优良耐腐蚀性能和骨诱导性能的仿生纳米晶须羟基磷灰石（HA）涂层，期望从提高骨组织修复再生速度方面来实现镁合金基植入材料的降解速率与骨组织愈合速率相匹配。在本项目中，项目组采用水热法在ZK60镁合金表面构建了Zn/Sr掺杂的不同纳米结构的仿生纳米晶须HA 涂层，详细研究了反应条件和成分对纳米结构羟基磷灰石生长机理的影响机制，并研究了涂层的成分和微观结构对镁合金/ HA 涂层体系的生物活性和成骨诱导性能进行调控的生物学机制，从动物整体、细胞以及分子水平解析纳米HA 涂层的成分和微观结构在骨组织修复再生过程中所起的作用以及其对修复再生速度的影响。本项目不仅为解决可降解镁合金骨植入材料的降解速度和骨组织修复再生速度相匹配这一临床应用所面临的关键问题提供了一个新的思路，而且进一步阐明了有关材料学因素在骨组织修复再生过程中的生物学调控机制，为可降解镁合金基骨修复材料的研究发展提供重要的理论基础。