介孔生物玻璃涂层包覆镁合金的制备及降解性能研究

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镁及镁合金作为一种新型可降解植入材料,具有良好的生物相容性、力学相容性和可降解性能以及骨诱导能力,近年已受到研究者广泛的关注。但是由于镁及镁合金耐蚀性较差,在富含Cl-离子的人体生理环境中具有高的腐蚀速率,容易造成局部碱化,氢气释放和局部镁离子浓度过高等问题,从而限制了其应用。因此,研发可控降解的镁及镁合金材料,使其降解速度与骨愈合速度相匹配,具有重要的意义。而利用合适的涂层材料对镁及镁合金进行表面改性是提高其耐蚀性能的一种有效方法。本文以AZ31镁合金为基体材料,嵌段共聚物F127为模板剂,采用模板辅助的溶胶–凝胶法和浸渍提拉技术在其表面制备介孔45S5生物玻璃陶瓷涂层及介孔58S生物玻璃涂层。研究了工艺条件对涂层表面形貌的影响,优化了制备工艺,并通过电化学测试和体外模拟体液浸泡实验研究了材料的耐蚀性能和生物活性,探讨了涂层包覆镁合金材料的腐蚀机理。实验结果表明:当TEOS/F127/C2H5OH的摩尔比为1/0.018/80,热处理温度为400℃时,可在镁合金表面制备均匀、完整和无微裂纹的介孔45S5生物玻璃陶瓷涂层,涂层厚度约为1.1μm,主要由无定形相和少量的六方Na2Ca2Si3O9相组成,且涂层与基体具有较好的结合性能。介孔45S5生物玻璃陶瓷涂层包覆镁合金的自腐蚀电位和点蚀电位比镁合金基体分别提高了140mV和320mV,自腐蚀电流密度降低了2个数量级,电荷转移电阻提高了1850Ω·cm2,提高了镁合金的耐蚀性能。涂层在浸泡过程中延缓了镁合金基体的降解,对基体起到了良好的保护作用,在浸泡初期,涂层表面有大量的羟基磷灰石生成,改善了基体的生物活性。当热处理温度为450℃时,可在镁合金表面制备厚度为1.2μm、均匀完整、无微裂纹、比表面积高且与基体结合好的介孔58S生物玻璃涂层。该涂层提高了镁合金基体的自腐蚀电位和电荷转移电阻,降低了基体的自腐蚀电流密度。体外SBF浸泡实验表明涂层能够降低镁合金基体的降解速率和诱导磷灰石的快速沉积,提高基体的耐蚀性能和生物活性。此外,介孔58S生物玻璃涂层改善了镁合金的表面浸润性,有利于提高材料的生物相容性和生物活性。
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