微波辅助法制备镁合金的植酸镁/羟基磷灰石复合涂层及其耐蚀性能

采用微波辅助法在AZ31镁合金表面制备了植酸镁/羟基磷灰石(PA/HA)复合涂层。利用FESEM、EDS、XRD和电化学性能测试等方法表征涂层的表面形貌、物相组成以及耐蚀性能,探究了植酸溶液的pH值对PA/HA复合涂层形貌及耐蚀性能的影响,并通过浸泡实验研究了镁合金及PA/HA复合涂层在模拟体液(SBF)中的降解矿化行为。结果表明:在植酸预处理中,植酸溶液的pH=5.0时制备得到的PA/HA复合涂层表面均匀、无裂纹,与镁合金基底的界面结合良好;并且在此pH值下PA/HA复合涂层包覆镁合金样品的交流阻抗最大,自腐蚀电流密度最小,说明其耐蚀性最好。在SBF中,PA/HA复合涂层能够快速诱导磷灰石的生成,并显著提高镁合金基底的耐蚀性能。

镁基羟基磷灰石涂层生物复合材料的研究现状

镁基羟基磷灰石涂层生物复合材料兼备了金属材料优良的力学性能和生物陶瓷材料的生物相容性,在生物医用材料领域具有广阔的应用前景。本文综述了镁及镁合金、羟基磷灰石作为医用植入材料的特点及研究现状,并简要介绍了镁基羟基磷灰石涂层生物复合材料的制备技术及方法。

碳/碳复合材料表面掺镁羟基磷灰石生物涂层的体外性能

背景:前期研究利用电磁感应沉积法在碳/碳复合材料表面成功制备了含镁的羟基磷灰石涂层,分析了不同感应沉积时间对含镁羟基磷灰石涂层形貌的影响。目的:进一步探讨碳/碳复合材料表面掺镁羟基磷灰石涂层的体外性能。方法:在碳/碳复合材料表面分别制备羟基磷灰石涂层(对照组)与掺镁羟基磷灰石涂层(实验组)。①体外溶解性:将含两种涂层的碳/碳复合材料分别浸泡于DMEM低糖培养基中,检测浸泡前后的涂层表面形貌、离子浓度及涂层结合力;②细胞相容性:将含两种涂层的碳/碳复合材料分别与小鼠骨髓间充质干细胞共培养6 d,扫描电镜观察细胞增殖。结果与结论:①浸泡1 d后,两组涂层表面已有沉积物形成,实验组涂层表面沉积物多于对照组;浸泡6 d后,实验组涂层表面被沉积物完全覆盖,对照组涂层表面沉积物还有部分空隙存在。浸泡6 d后,两种涂层表面沉积物含有钙和磷元素,且实验组涂层表面新生涂层的镁离子含量明显高于对照组;②浸泡6 d后,对照组涂层表面的钙、磷、镁离子浓度逐渐降低;实验组涂层表面的钙、磷离子浓度逐渐降低,镁离子浓度逐渐升高,且实验组涂层表面镁离子浓度高于对照组(P<0.05);③实验组浸泡前及浸泡6 d后的涂层结合力均高于对照组(P<0.05);④实验组表面骨髓间充质干细胞的增殖能力强于对照组;⑤结果表明,掺镁羟基磷灰石涂层具有较好的结合力与细胞相容性。

氧化石墨烯/羟基磷灰石涂层对镁合金耐腐蚀性的影响

采用仿生法在改性模拟体液中于镁合金表面制备了羟基磷灰石(HA)涂层和氧化石墨烯/羟基磷灰石(GO/HA)复合涂层。利用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射(XRD)对两种涂层进行了形貌和结构表征,通过析氢量测量、极化曲线和交流阻抗等方法分别研究了裸镁合金、含HA涂层及GO/HA涂层镁合金在pH为7.4的模拟体液(SBF)和3.5%NaCl溶液中的腐蚀行为。结果表明,氧化石墨烯增加了羟基磷灰石涂层的致密性,含GO/HA复合涂层的AZ91镁合金耐腐蚀性能最好,相对于裸镁合金,其腐蚀电流密度降低了一个数量级,析氢量降低了52%。

仿生法制备钛合金/羟基磷灰石复合涂层的研究

本文研究了仿生溶液中钛合金表面沉积羟基磷灰石的技术路线。钛合金经抛磨、清洗,进行酸碱活化处理后,置于模拟体液(SBF)中,最终在钛合金基体上生成羟基磷灰石涂层。

氟掺杂羟基磷灰石/壳聚糖复合涂层镁合金的制备

为了提高医用镁合金的耐腐蚀性能和成骨分化性能,联合使用浸渍提拉法和微波液相法在镁合金表面制备了一系列氟掺杂羟基磷灰石/壳聚糖(FHA/CS)复合涂层,研究了CS分子量和CS溶液浓度对CS涂层和FHA/CS复合涂层的物相、表面形貌和电化学耐腐蚀性能的影响。此外,通过细胞实验研究了筛选出的具有较高耐腐蚀性能的复合涂层细胞活力和成骨分化性能。结果表明,致密完整、且具有仿生拓扑结构的FHA/CS复合涂层可维持正常细胞活力,并增强了镁合金的成骨分化性能。

钛基多孔羟基磷灰石/氧化镁复合涂层制备及其生物活性研究

采用电泳沉积(EPD)方法在纯钛表面沉积羟基磷灰石(HA)-MgO-壳聚糖(CS)复合生物陶瓷涂层,复合涂层在700℃条件下进行烧结处理,通过傅立叶变换红外光谱(FTIR)、透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)表征了涂层的组成、结构和表面形态,同时进行涂层与基体的拉力测试。结果表明:当HA/MgO/CS质量比为1/1/1时,制备的HA/MgO多孔涂层与纯钛之间的粘合力约为30.2 MPa,多孔涂层的孔径在10μm^15μm之间,在1.5倍离子浓度的人体模拟体液中浸泡12天后多孔HA/MgO涂层表面完全覆盖一层类骨碳酸磷灰石晶体,说明多孔HA/MgO涂层具有良好的生物活性和生物相容性。

植酸化氧化石墨烯的制备及硅溶胶复合涂层的防腐蚀性能

[目的]为了实现对高化学活性的镁锂(Mg-Li)合金的腐蚀防护,需采用性能温和的涂层,在阻止腐蚀介质侵入的同时,不对Mg-Li合金产生不良影响。[方法]以植酸为改性剂,采用水热法,通过磷酸酯化对氧化石墨烯(GO)进行改性,制备了植酸化氧化石墨烯(PGO),通过傅里叶变换红外光谱(FTIR)、X射线光电子能谱(XPS)、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)等手段表征了GO和PGO的结构和形貌。将1%的GO和PGO分别作为功能填料添加到硅溶胶中,在Mg-Li合金表面制备了GO-硅溶胶复合涂层和PGO-硅溶胶复合涂层,探讨了GO和PGO对涂层防腐蚀性能的影响。[结果]相比于纯硅溶胶和GO-硅溶胶涂层,PGO-硅溶胶复合涂层的耐蚀性最佳。[结论]经植酸改性的PGO具有磷酸酯结构和疏松褶皱形貌,能赋予硅溶胶涂层更好的防腐蚀性能。

可降解镁合金骨螺钉表面微弧电泳水热复合涂层的制备与性能

目的在医用镁合金骨螺钉表面构建羟基磷灰石涂层,有效控制其降解速率。方法利用微弧电泳/水热复合方法,在形貌复杂的骨螺钉表面制备涂层。该方法首先利用电解抛光对骨螺钉表面进行表面预处理,采用微弧电泳技术在其表面制备羟基磷灰石涂层,再利用水热合成对微弧电泳涂层进行封孔。利用XRD、SEM、AFM等分析手段对涂层显微结构进行分析,利用体外浸泡实验和电化学实验对涂层耐腐蚀性能及其对钙磷盐的诱导特性进行了评价。结果在电解抛光电流0.14 A、抛光时间2 min的工艺条件下进行电解抛光预处理,可以提高基体和涂层的结合性能。由于骨螺钉的特殊形状,在微弧电泳电解液中添加丙三醇,并通过调整电解液中丙三醇含量优化微弧电泳工艺(电压155 V,反应时间20 min),能有效抑制尖端放电现象,防止膜层组织疏松和大量的氧化物堆积,以及涂层剥落甚至基体烧蚀的现象。再优化水热合成工艺参数(处理液p H值8.5,反应时间1.5 h,反应温度393 K)对微弧电泳涂层进行封孔,得到微弧电泳/水热复合涂层。结论微弧电泳/水热复合涂层表面形貌为菜花状结构,由纳米棒状羟基磷灰石组装而成,均匀致密,结晶性好。电化学腐蚀测试表明,制备复合涂层后,骨螺钉的腐蚀电流密度降低了一个数量级。在模拟体液中浸泡6天,骨螺钉的形貌依然完整,说明水热复合涂层在改善生物相容性的同时,提高了骨螺钉的耐腐蚀性能。但微动摩擦磨损测试显示,水热复合封孔处理后磨损性能下降。

医用镁基HA复合涂层的研究及发展现状

镁及镁合金由于其良好的生物相容性和可降解性能,在生物医用材料领域具有巨大的应用潜力。然而,过快的降解速率限制了其临床应用。羟基磷灰石(HA)涂层具有良好的骨诱导性和骨传导性,可以有效地延缓镁及镁合金的腐蚀速率。但是,单一的羟基磷灰石涂层不能满足镁基植入物的使用寿命要求,因此需对其进一步的改性。本文从生物相容性、可降解性以及力学性能等方面综述镁合金表面以羟基磷灰石为基础,以高分子材料、无机材料以及离子掺杂而成的可降解镁基HA复合涂层的发展和研究现状。

PCL/HA静电纺丝纤维涂层对可降解Mg/HA复合材料的表面改性:力学性能、腐蚀和生物相容性

采用搅拌铸造和挤压法制备Mg/HA复合材料,并在其表面采用静电纺丝法涂覆聚己内酯/羟基磷灰石(PCL/HA)纤维(2.5%和5%HA,质量分数),以提高其耐腐蚀性。力学性能测试结果表明,复合材料的压缩屈服强度从73MPa(纯镁)提高到151MPa,提高了107%。SEM、EDS和XRD分析表明,HA颗粒分布在多孔涂层中。极化曲线结果表明,涂层试样的耐腐蚀性能均优于未涂覆试样。PCL涂层使样品的腐蚀电流密度降低了两个数量级。通过极化和体外腐蚀试验证明了HA在涂层中的有效性。涂层和随后形成的Ca-P层阻碍了模拟体液与基体的接触和渗透,从而起到保护表面的作用。PCL/2.5%HA涂层样品的腐蚀速率最低,其平均值为0.98mm/a,与未涂层样品相比,在14天内减少了81%。根据3天MTT结果,使用PCL/2.5%HA涂层可使细胞活性从43%提高到121%。综上,涂覆PCL/2.5%HA纤维的Mg/HA复合材料在生物可吸收植入物方面具有广阔的应用前景。

AZ31B镁合金基体羟基磷灰石涂层材料的生物相容性研究

我们采用表面羟基磷灰石（hydroxyapatite，HAP）涂层制备HAP／AZ31B镁合金复合生物材料，检测镁合金生物材料的细胞毒性和生物适应性，为可降解镁金属植入材料在新型医用生物材料领域中的应用提供依据。

镁合金表面HA/CNTs涂层的制备及电化学性能研究

为了提高生物镁合金羟基磷灰石(HA)涂层的耐蚀性能,在微弧氧化电解液中加入羟基磷灰石/碳纳米管(HA/CNTs)复合粉体添加剂,制备HA/CNTs复合涂层。分别对制备的HA/CNTs复合粉体和HA/CNTs复合涂层进行表面形貌和物相组成分析,并对HA/CNTs复合涂层在模拟体液(SBF)中的耐腐蚀性能进行了研究。结果表明,HA/CNTs复合粉体在微弧氧化过程中能均匀地沉积在镁合金表面,结晶良好且无任何杂质;与HA涂层相比,HA/CNTs涂层具有较小的腐蚀电流密度值和较大的阻抗值。此外,在SBF中浸泡4d后,HA/CNTs复合涂层表面出现大量的亚微米级颗粒产物且没有任何腐蚀裂纹。

电泳沉积工艺制备的HA-RGO-ZnO复合涂层的耐腐蚀性能

为了扩大镁合金在生物植入物方面的应用,使用电泳沉积技术(EPD)在ZK60镁合金表面制备羟基磷灰石(HA)-还原氧化石墨烯(RGO)-氧化锌(ZnO)三元复合涂层,探究不同电泳沉积工艺对涂层质量以及耐腐蚀性能的影响。利用X射线衍射(XRD)、傅里叶红外光谱(FTIR)和拉曼光谱对样品进行了物相分析,采用扫描电子显微镜(SEM)观察涂层表面和截面形貌,通过极化曲线和交流阻抗等方法研究了裸镁合金和带涂层镁合金在模拟体液(SBF)中的腐蚀行为。结果表明,在180 V高压下沉积2 min,然后在120 V低压沉积3 min,获得的HA-RGO-ZnO180涂层较为均匀致密,对镁合金基体的保护效果最好。

镁合金有机转化涂层的研究现状

简单介绍了镁及其镁合金被腐蚀的原因和现阶段无机转化膜所面临的问题,详细综述了基于植酸和植酸复合膜、多酚基酸、脂肪酸以及新型高分子壳聚糖等有机转化膜在镁合金上的研究思路及成果,最后对镁合金有机转化膜的未来发展进行了展望.

镁合金表面激光熔覆生物陶瓷涂层研究

镁合金具有良好的生物相容性和可降解性,在生物医用领域存在巨大潜力,但腐蚀性能差是限制其临床医用的关键问题。本文采用激光熔覆技术在镁合金表面制备HA涂层,并研究Zn含量对涂层组织和性能的影响。研究结果表明,采用激光功率1080W,加工速度2mm/s的工艺参数能获得稳定涂层,且添加30wt.%含量的Zn有利于提高HA涂层的厚度和稳定性,添加50wt.%Zn的HA涂层与基体之间出现裂纹,结合质量下降;此外,添加30wt.%Zn能提高HA涂层的硬度,约为基体的1.5倍;同时,添加30wt.%Zn的HA涂层具有较好的抗腐蚀性能,腐蚀速率为1.9mL/cm^(2),比镁合金裸片低了0.8mL/cm^(2)。

碳纤维对HAP-PAC-MPC基复合生物水泥的增强、增韧研究

研究了碳纤维对羟基磷灰石-磷铝酸盐-磷镁酸盐(HAP-PAC-MPC)复合生物水泥的增强、增韧作用,采用XRD、SEM和IR等测试方法分析和探讨了其作用机理。结果表明:(1)碳纤维对于复合生物水泥的增强效果明显,未经处理的碳纤维使复合生物水泥的劈裂强度提高13%,维氏硬度提高63%,而用碳纤维处理后分别提高了51%和近130%,碳纤维的最佳掺量为0.076%;(2)由于碳纤维处理后其表面含有的氧官能团—羟基和羧基的浓度显著提高,加强了它与水泥水化产物在界面处的结合力,形成了化学结合,从而使水泥基料水化、水化产物形成及结晶过程中产生的应力可以通过纤维与基料间的界面而被吸收;(3)碳纤维可以有效地阻止在外力作用下试件内裂纹的扩展或使其转向,从而导致复合材料增强、增韧。

镁合金表面HA复合涂层的设计研发及应用展望

镁及镁合金具有与骨骼硬组织良好的力学性能适配性、生物相容性和体内可生物降解等优良特性,被认为是一种最具有应用潜力的新型外科金属基植入材料,但其过快的降解速度限制了它的应用和普及推广。羟基磷灰石(HA)具有良好的生物活性,在镁合金表面制备HA涂层,能有效增强镁合金植入体的活性和耐腐蚀性,延缓其降解速率。但纯的HA涂层存在脆性大,强韧性不足,与基体间黏附力较差且功能性单一等问题,因此开发镁合金表面的高品质、多功能HA复合涂层,具有非常重要的科学和实践价值。本文综述了近年来开发的在镁合金基体表面的HA复合涂层及在骨修复上应用的研究进展,并对未来镁合金基体表面HA复合涂层的研究发展趋势进行了展望。