【摘 要】
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镁合金作为新一代的生物医用植入材料,因其具有良好的力学性能和可降解性等优点而受到全世界的广泛关注。但是由于镁合金性质比较活泼,在人体内降解速率过快,生物相容性也不够良好,这些问题限制了镁合金在作为医用植入材料的临床应用。所以针对镁合金本身的改性和表面改性是当下研究的热门。锌元素的是人体必需的金属元素之一,适量的锌元素的加入可以一定程度上改善镁合金的耐腐蚀性;羟基磷灰石是一种具有生物活性的物质,可以
【基金项目】
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国家自然科学基金(Nos.52061031,32001017);
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镁合金作为新一代的生物医用植入材料,因其具有良好的力学性能和可降解性等优点而受到全世界的广泛关注。但是由于镁合金性质比较活泼,在人体内降解速率过快,生物相容性也不够良好,这些问题限制了镁合金在作为医用植入材料的临床应用。所以针对镁合金本身的改性和表面改性是当下研究的热门。锌元素的是人体必需的金属元素之一,适量的锌元素的加入可以一定程度上改善镁合金的耐腐蚀性;羟基磷灰石是一种具有生物活性的物质,可以改善镁合金的生物相容性。本论文利用重力铸造法制备了不同锌含量的Mg-Zn合金棒状试样。通过电泳沉积法在镁合金基底上制备一层有生物活性的羟基磷灰石涂层,然后利用化学聚合法和静电纺丝法在nHA涂层表面制备了PPy/PCL聚合物复合涂层,最终在镁合金基底成功制备了nHA/PPy/PCL复合涂层来增强镁合金的耐腐蚀性和生物相容性,在最外层PCL纺丝涂层中掺杂了适量纳米氧化锌使涂层具备一定的抗菌性。在制备不同锌含量的镁锌合金和复合涂层的过程中,利用X-射线衍射仪(XRD)获取合金和涂层的腐蚀产物成份,利用场发射环境扫描电子显微镜(SEM)获取复合涂层的微观组织和腐蚀形貌。通过电化学测试、模拟体液浸泡测试、细胞毒性实验和抗菌实验,来分析复合涂层试样的抗腐蚀性能和生物相容性。实验结果表明,在不同锌含量的Mg-Zn合金中,Mg-6Zn合金的耐腐蚀性最好。在其表面制备了nHA/PPy/PCL复合涂层后,合金试样的耐腐蚀性能和生物相容性得到显著增强。在镁合金基底上制备nHA涂层时,涂层的厚度和表面性能随着悬浮液浓度的提高而有所改善,当浓度达到0.02kg/L时达到饱和状态;涂层的厚度、均匀性及致密度随着陈化时间的延长而提高,在7天左右达到最佳;在0-30V电压范围内,随着电压的提升,涂层厚度有所提高,所以本实验选用悬浮液浓度0.02kg/L、陈化时间7d、沉积电压30V作为电泳沉积的最佳工艺参数。在利用nHA改善镁合金的生物相容性基础上,在外层包裹PPy/PCL复合涂层来提高整体样品的耐腐蚀性。PPy的加入改善了样品表面的导电性,为更好的制备PCL涂层打下基础;PCL的加入极大程度的提高了整体样品的耐腐蚀性,而且通过调节静电纺丝法的工艺参数和实验时间来控制PCL涂层的厚度和孔隙率,可以一定程度上达到控制试样降解速率的效果。体外细胞共培养实验表明涂覆涂层均可以一定程度上提高细胞增殖率。其中,具有nHA/PPy/PCL复合涂层的Mg-6Zn合金复合材料试样组的细胞増值率最高,其细胞相容性最好。抗菌实验结果表明,nHA、PPy和PCL这三种材料对于大肠杆菌和金色葡萄球菌两种细菌的抗菌效果有限,但是证实了静电纺丝法制备的PCL涂层可以通过在PCL溶液中掺杂药物使得涂层起到载药作用,从而大幅度提高复合涂层的整体抗菌效果。综上所述,在生物医用Mg-6Zn合金上涂覆nHA/PPy/PCL复合涂层使之获得较好的抗腐蚀性、生物相容性和抗菌性,有望成为一种新型可控降解的植入材料。
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