聚β-羟基丁酸酯载药涂层调控镁合金降解和生物活性的机制研究

Magnesium alloys can be used as candidate materials for medical stents with excellent mechanical compatibility and biocompatibility. However, they still need further modification because of the rapid rate of degradation and the poor match of body repair. The project would intend to dip the coating of the poly β-hydroxybutyrate (PHB) on the magnesium alloy surface. The biological function coating containing drug would be achieved by layer-by-layer self-assembly technique. The PHB coating containing heparin and VEGF would controll the degradation of magnesium alloys, inhibit thrombosis and promote endothelialiazation. The influence of drug coating on the magnesium alloy matrix degradation and biological behavior would be explored by examining the structure and interface features of the coating configuration, and performance behavior in blood environments. The regulatory mechanism of the coating on magnesium alloys degradation behavior and biological functions would be descrided by exploring the mechanism among the coating and cells, blood, tissue interactions. The magnesium alloys containing controllable degradation rate and excellent biological activity would be achieved. This would lay a solid and internationally competitive foundation for the development of intravascular stents.

镁合金材料具有良好的力学相容性和生物相容性，是血管支架材料的候选材料。然而降解速率过快，与机体修复匹配度不佳，仍需要对其进一步改性处理。本项目拟在镁合金材料表面浸涂聚β-羟基丁酸酯（PHB）涂层，并对其进行生物功能化载药，从而实现镁合金降解可控、抗血栓和促进内皮化的多重功效。通过采用层层自组装技术在材料表面组装载有肝素和VEGF的PHB涂层，考察涂层的结构组态和界面特征和在血液环境下的表现行为，探讨载药涂层对镁合金基体降解以及在生物环境中行为的影响规律。通过探究载药涂层与细胞、血液等相互作用的机理，阐述该涂层对镁合金材料降解行为和生物功能的调控机制。从而构建具有可控降解速率和优良生物活性的载药镁合金医用材料，为开发具有国际竞争力的血管内可降解支架打下坚实的基础。

针对镁合金材料降解速率过快、生物相容性尚待提高的问题，本项目从理想的降解可控血管支架材料角度去关注镁合金材料。在本项目研究中，通过在镁合金表面组装可降解载药涂层，既提高了镁合金的耐腐蚀性能，又改善了其生物活性。主要研究结果如下：. 1)通过自组装改性技术在氨解后的镁合金表面组装肝素和VEGF，制备可降解载药活性涂层。研究发现，镁合金表面PHB涂层基底的厚度、疏水性与涂层制备时间正相关，但是在24h后达到较大值。层层自组装后镁合金表面PHB涂层的结构保持完整性，改性镁合金表面PHB基底通过负载活性药物后仍能提高镁合金的耐腐蚀性能。. 2)考察镁合金表面涂层的化学组成和界面特征，分析改性镁合金在模拟体液中的降解演化过程，探讨表面涂层性能的变化对镁合金基体降解行为的调控规律。研究表明改性镁合金耐腐蚀性能的主要影响因素是镁合金表面PHB涂层厚度与结构，PHB涂层提高了镁合金材料的生物活性。. 3)探索载药涂层与细胞间相互作用的机理，以及镁合金促内皮化的效果。研究表明表面改性镁合金的VEGF有效促进血管内皮细胞内皮化。改性镁合金的溶血率和抗血栓效果均明显优于未改性镁合金。结果表明镁合金表面活性涂层具有良好的生物活性，提高了镁合金的促内皮化效果和抗血栓性能。. 4)在镁合金和PHB基底间加入阳极氧化镁-氧化铜结构，改变了镁合金表面结构。阳极氧化镁-氧化铜结构能有效提高镁合金和PHB的结合力。且该结构生物相容性良好，抗菌性显著，可通过进一步的研究应用于载药改性镁合金。. 本研究基本明确了各组装材料的组装条件和制备工艺，在控制镁合金降解的基础上，构建了具有仿生性的生物活性涂层，完善了涂层组装方式与组装条件，为镁合金可降解支架研究，以及开发具有国际竞争力的血管内可降解支架产品打下了坚实的基础，具有较强的科学意义和实用意义。