镁基心血管支架材料表面改性及降解微环境研究

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在心血管支架介入治疗领域,镁及镁合金支架不仅具有金属良好的力学性能能够有效的维持血管的修复所需的力学性能,同时兼有聚合物的可降解和吸收特性避免进行二次手术成为国内外学者研究的热点。然而制约镁及镁合金在医用材料应用的关键问题是其在生理环境中过高的降解速率。过快的降解速率使得支架不能为血管修复提供适期的力学环境;更严重的是随着材料的降解,材料表面的pH值和离子浓度发生改变显著影响细胞的生存环境。镁及镁合金的快速降解会造成支架植入病变处微环境的pH值和离子浓度的改变引发炎症,影响血管支架的内皮化的进程。因此为了更好的应用镁基材料,控制其腐蚀速率及加速血管支架内皮化至关重要。本研究从适宜细胞生长的微环境的角度从发,通过在镁合金表面制备微弧氧化/压电聚合物复合膜层控制镁合金降解引起支架植入病变处微环境pH值和离子浓度的改变。本文采用微弧氧化技术在镁合金表面制备微弧氧化膜层,探讨优化了影响膜层结构和性能的工艺参数。结果表明,随着电解质浓度的增加,膜层微孔的大小及分布越来越不均匀,膜层耐腐蚀晶相呈先增后减的趋势;随着电压的增大有利于膜层的形成,但过高的电压使膜层的缺陷增多,甚至造成膜层的脱落;同时电压也影响膜层的耐腐蚀晶相的数量。添加剂在一定程度上能改善膜层的性能。随着添加剂氟化钠浓度的增加,膜层微孔数量逐渐减少,微孔孔径逐渐变大且分布均匀,但浓度过高时,膜层缺陷增多;出现微裂纹和较大的孔洞,微弧氧化膜的耐腐蚀性能也随膜层耐腐蚀晶相含量的先增后减而相应变化。添加剂丙三醇通过改变电解质的电导率影响膜层的结构、厚度和晶相含量。优化工艺参数制备的微弧氧化膜层表面微孔0.8μm1.05μm均匀分布,膜层主要由MgAl2O4、MgAlSi1.5O6和MgSiO3等晶相组成,镁合金的耐腐性性能明显增强。在降解微环境实验中探讨了细胞生长的最优环境,结果表明在pH值为8.08.5,镁离子浓度在34mM范围内,细胞的活性最强;在最优工艺参数制备的微弧氧化膜层在降解过程中满足不了要求,同时为了增强支架的韧性和应用压电效应对细胞生长的促进作用,在微弧氧化膜层的基础上采用旋涂技术制备了聚羟基丁酸酯(PHB)压电膜层。复合膜层表面微孔的孔径大小分布在2.25μm3.25μm之间,平均孔径大小为2.54μm,膜层含有C、O、Mg和Si元素,膜层的压电常数D33值为20.2±0.02pC/N。降解实验结果表明具有微弧氧化/压电复合膜层的镁合金在降解过程中能满足细胞生长的微环境。蛋白吸附实验和细胞实验评价了材料的生物相容性,结果表明蛋白吸附能力Mg-MAO/PHB>Mg-MAO>Mg;Mg、Mg-MAO与Mg-MAO/PHB细胞毒性分别为2级、1级、1级;Mg-MAO/PHB组由于复合膜层有效的保护,使得降解速率缓慢,且能够创造更适合细胞生长的微碱环境,促进了细胞的增殖。
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