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目前骨植入使用的金属材料都不能在体内实现降解,相当一部分植入物需要通过二次手术取出。而目前的可降解骨植入材料,包括无机非金属和高分子材料,大多存在力学性能不足的问题。镁合金具有良好的力学性能、骨组织相容性,而且可以在人体内被降解吸收,因此是一类极具临床应用潜力的新型生物可降解骨植入材料。目前,可降解镁合金临床应用的一个关键问题是其在体内的初期降解速率过高。微弧氧化技术可以在镁合金表面制备一层陶瓷层,这一陶瓷层不仅可以显著提高镁合金基体的耐蚀性,而且涂层具有优异的耐磨性及与基体良好的结合力。 本文选择ZK60镁合金作为可降解镁合金基体进行微弧氧化表面改性研究。考虑到硅元素的生物相容性,在镁合金表面制备含硅酸镁的微弧氧化涂层(硅酸盐微弧氧化涂层)。通过控制电压参数,制备了不同成分、形貌和厚度的涂层,并表征了不同涂层的耐蚀性。对涂层保护的镁合金样品进行浸泡实验,通过多种分析手段,研究了微弧氧化涂层保护的镁合金的降解行为。结果显示,涂层的成分和形貌是影响涂层降解行为的关键因素。体外细胞毒性及溶血性测试结果表明,该涂层具有良好的细胞相容性,无潜在的溶血性。体内植入实验显示,该涂层在体内的长期保护效果不足,这可能是由于微弧氧化涂层的多孔结构促使涂层提前失效。 为了消除微弧氧化涂层的多孔结构,本文采用氢氟酸对硅酸盐微弧氧化涂层进行后处理。结果显示,氢氟酸处理能够显著地改变涂层的形貌和成分,涂层的多孔结构得到消除,但处理后涂层中出现了一些微裂纹。处理后涂层的耐磨性与微弧氧化涂层在一个数量级上。处理前后涂层的降解行为发生了改变,而且浸泡初期,处理后样品浸泡液的pH明显低于处理前样品浸泡液的pH。处理后涂层的长期保护效果仍不理想,可能与其中存在的微裂纹有关。溶血实验结果显示,氢氟酸处理能够降低硅酸盐微弧氧化涂层的溶血率。 为了改善涂层的长期保护效果,制备了含磷酸镁的微弧氧化涂层(磷酸盐微弧氧化涂层)。为了提高涂层的生物活性,本文将锶元素加入到磷酸盐微弧氧化涂层中。浸泡实验显示,含锶微弧氧化涂层的长期耐蚀性要明显高于不含锶的涂层。体外细胞实验显示,锶的加入能够显著提高磷酸盐微弧氧化涂层的生物相容性和生物活性。 为了提高涂层的耐蚀性和生物活性,将纳米羟基磷灰石加入到磷酸盐微弧氧化涂层中。研究了电解液成分、制备电压和制备时间对涂层成分、结构和耐蚀性的影响。浸泡实验表明,纳米羟基磷灰石的加入能同时提高涂层的长期耐蚀性和生物活性。 本文最后将带有硅酸盐微弧氧化涂层的ZK60镁合金作为一种骨移植替代材料来进行骨缺损的修复尝试。采用小型巴马猪胫骨平台外侧人造骨缺损作为骨缺损模型,用临床使用的硫酸钙作为对比材料。实验结果显示,镁合金的修复效果(包括骨形态和修复速率)要明显优于硫酸钙的修复效果。