微弧氧化镁表面预钙化纳米生物涂层的特性调控及其降解行为

The substrate material was micro-arc oxidized magnesium, a new idea to improve the biocompatibility and decrease the corrosion rate of the magnesium surface was advanced. A pre-calcified coating was prepared on the surface of micro-arc oxidized magnesium by a simple chemical method, and the surface states of the micro-arc oxidized magnesium could be controlled. The microstructure evolution of the pre-calcified specimens befor and after soaking in simulated body ?uid (SBF) was characterized. By understanding the relationship between the microstructure and the fabrication conditions of the pre-calcified coating to investigate the formation mechanism of the coating. By investigating the formation conditions of the pre-calcified coating on the surface of the micro-arc oxidized magnesium to clarify the functionary essence of Mg2+ during the formation and growth of the calcified coating. The corrosion behavior of the substrate and the pre-calcified samples in SBF were also investigated. The contribution of the pre-calcified coating on the growth of biomimetic hydroxyapatite （HA） and the restrainability of the corrosion on the substrate was illustrated in the SBF solution.

本项目以微弧氧化镁为研究对象，提出获得具有高生物活性及低降解速率生物医用镁表面改性设计的新思路。通过在微弧氧化镁表面化学构建预钙化纳米生物涂层，实现对微弧氧化镁表面状态的调整与控制；深入系统地研究微弧氧化镁表面预钙化涂层的微观组织结构，了解和掌握不同种类预钙化涂层在微弧氧化镁表面的形成条件，揭示Mg2+在钙化涂层形核与生长过程中的作用本质。研究经预钙化处理的微弧氧化镁在模拟体液中的组织演化与降解规律，并揭示其在模拟体液中发生腐蚀降解的条件及影响因素，建立涂层微观组织结构与腐蚀性能之间的内在联系，阐明预钙化涂层在模拟体液中对诱导羟基磷灰石膜生长的贡献及对微弧氧化镁的腐蚀抑制作用。为新型生物医用镁及其合金表面改性体系的开发提供设计思路和理论依据。

镁及其合金由于突出的内在特性在作为生物降解植入材料方面表现出了巨大的优势与潜力，已越来越多地引起国内外研究者的广泛关注。与其它人造植入材料（不锈钢、钛及钴基合金）相比镁除了在物理与力学性能（镁的密度及弹性模量与自然骨十分相近）方面具有特殊的优越性外，更重要的是人们期望利用镁在生理环境中的腐蚀溶解将其发展成为生物医用可降解植入材料与器件。然而镁及其合金过快的腐蚀速率是限制其在生物材料领域中得到广泛应用的关键问题。本研究针对这一问题采用化学方法在微弧氧化镁表面构建钙化涂层，以期有效降低镁的腐蚀速率并提高其生物相容性。. 本研究采用化学方法在微弧氧化镁表面制备预钙化纳米生物涂层。系统地研究了涂层制备参数对涂层微观组织结构的影响并探讨了涂层形成机制。研究了涂层在模拟体液（SBF）中的降解行为、力学性能以及生物相容性。. 研究发现，钙化溶液pH值、钙化温度及钙化溶液添加顺序对微弧氧化镁表面钙化涂层的微观组织结构具有显著影响。在酸性钙化溶液中，羟基磷灰石（HA）首先在基体表面形核，随后二水磷酸氢钙（DCPD）沉积。当钙化溶液呈中性及碱性时，基体表面难以获得钙磷涂层。在27℃及47℃正向钙化过程中，钙化涂层为HA与DCPD的混合物，67℃时，钙化涂层仅为HA。在27℃及47℃反向钙化过程中，钙化涂层为单一的DCPD，67℃时，钙化涂层含有少量的DCPD及大量的HA。. 电化学方法研究表明不同结构的钙化涂层并未引起相应材料腐蚀机制的变化，钙化涂层在SBF中能够保护微弧氧化层，进而有效降低镁的腐蚀速率。钙化基体在动静态模拟体液中均表现出良好的稳定性。. 经钙化处理后基体基本不发生溶血，涂层的细胞毒性、全身急性毒性均很低，涂层还促进细胞的增殖、长大。说明制备的涂层无论体内还是体外均具有良好的生物相容性。但材料力学性能损失较快，可通过合金替代纯镁以提高基体的力学性能。