镁合金表面DCPD涂层的制备及其界面结合机制研究

目的研究CaHPO_(4)·2H_(2)O(DCPD)与Mg的界面结合机制,以提高DCPD在镁合金表面的界面结合强度。方法利用电镀法在AZ31镁合金表面制备DCPD涂层,采用SEM、XRD、XPS等对涂层形貌及结构进行表征。同时,运用分子动力学模拟(MD)对DCPD在Mg表面形成机制进行研究,通过统计界面层中不同组分的径向分布函数、密度分布、均力势、总能量等的变化,揭示DCPD/Mg的界面结合能、结合位点及结合方式。结果通过电镀法形成的DCPD涂层形貌为致密的荷花瓣状晶体,主要成分为CaHPO_(4)·2H_(2)O。模拟结果表明,CaHPO_(4)·2H_(2)O的4个晶面(010)、(-120)、(11-1)、(111)、(-120)与Mg的结合能最强(163.63 kJ/mol)。其中起“铆钉”作用的基团是HPO_(4)^(2-)和H_(2)O,结合位点主要为O与Mg,即HPO_(4)^(2-)和H_(2)O通过静电作用及范德华力与Mg形成Mg-HPO_(4)^(2-)和Mg-H_(2)O偶极对。研究发现,形成的偶极对中HPO_(4)^(2-)及H_(2)O的配位数分别为0.75和1.16,Mg-H_(2)O的解离能更大,结构更稳定。结论提出改善DCPD/Mg结合强度的方法,电镀前可将镁合金置于NH4H_(2)PO_(4)溶液中浸泡片刻,促进CaHPO_(4)·2H_(2)O(-120)晶面的形成。

二水磷酸氢钙(DCPD)涂层对纯镁在模拟体液中腐蚀行为的影响

使用液相化学沉积技术在纯镁表面制备了二水磷酸氢钙(DCPD)涂层,并通过在SBF中的浸入腐蚀实验研究了涂层对镁耐蚀性的影响。结果表明,涂层提高了镁在仿生环境中的耐腐蚀能力,这种作用随时间的延长而增强;涂层抑制了Mg(OH)2腐蚀产物层的形成;DCPD在SBF中逐步溶解,但是在浸泡21d以后,试样表面仍然残留着DCPD颗粒。

钙磷涂层的JDBM镁合金多孔支架促进血管新生及骨缺损修复的效果评估

目的·研究含有钙磷涂层(CaHPO4·2H2O,DCPD)的JDBM(Mg-Nd-Zn-Zr)镁合金支架体内外促血管新生和骨缺损修复的生物学效应。方法·应用模板复制法和化学沉积法构建JDBM-DCPD和JDBM-MgF2支架,使用微型CT(micro-CT)和扫描电子显微镜检测2种支架的表征。在支架表面种植骨髓间充质干细胞(bone marrow mesenchymal stem cell,BMSC)并通过CCK-8实验及细胞黏附实验观察支架对细胞的生物相容性。通过Transwell细胞迁移实验和成管实验检测支架浸提液对内皮细胞系Ea.hy926细胞迁移和成管能力的影响,并通过免疫荧光染色进一步观察血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)的分泌情况;通过碱性磷酸酶和茜素红染色检测浸提液对BMSC成骨能力的影响。构建SD大鼠股骨髁临界性骨缺损模型并植入支架,术后8周通过Microfil血管灌注、micro-CT扫描、组织切片染色等方法评估JDBM-DCPD支架的促血管新生及促成骨能力。结果·JDBM-DCPD支架的主孔径为400~450μm,钙磷颗粒均匀分布在孔壁上,大小为15~25μm。BMSC能够在JDBM-DCPD支架表面黏附且生长良好。与对照组和JDBM-MgF2支架浸提液相比,JDBM-DCPD支架浸提液在体外能够显著促进Ea.hy926内皮细胞迁移、成管以及VEGF的表达,同时可显著增强BMSC早期和晚期成骨分化。体内植入8周后,JDBM-DCPD支架促进缺损区血管和新骨再生作用显著优于JDBM-MgF2支架。结论·JDBM-DCPD支架在体内外实验中展现了优良的成血管效应,特别是在体内植入后可以实现早期血管化,从而更加有效地促进骨再生。