AZ31镁合金表面生物活性Si-CaP涂层的电沉积制备及性能研究

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本文以AZ31镁合金为研究对象,在传统的CaP体系电解液中引入对骨组织有利的元素Si,用脉冲电沉积的方法在其表面制备出生物活性Si-CaP涂层。系统地研究了该Si-CaP涂层的制备工艺,用光学显微镜及扫描电镜(SEM)对其宏观微观结构进行探索。运用能谱(EDS)和X射线衍射(XRD)分析了Si-CaP涂层的元素组成和相组成。利用划痕法测试其结合力,运用电化学工作站分析其电化学腐蚀行为,并运用体外浸泡试验、细胞毒性试验、溶血试验、碱性磷酸酶活性(ALP)检测等评价该Si-CaP涂层覆盖样品的体外降解行为以及其生物活性。结果表明:  沉积时间和沉积温度对Si-CaP涂层的结构影响较大,较为合适的沉积时间为40min,较为适宜的沉积温度为60℃。电解液初始pH对涂层结构影响不大,无需对配制好的电解液进行pH调节,电解液静置时间对涂层结构和涂层中Si元素含量有一定影响,此外,占空比的调节对涂层结构影响不大,但占空比为O时得到的涂层结构与占空比不为0时的涂层结构差异较大。  Si-CaP涂层的微观结构为石块状,主要由Ca、P、O、Si等元素组成,涂层的主要成分是Brushite(CaHPO4·2H2O)。通过划痕法测试得到Si-CaP涂层与AZ31镁合金基体临界载荷约为10.8N。电化学测试和失重试验等一些体外降解行为的研究表明,经过Si-CaP涂层覆盖,AZ31镁合金样品的降解速率得到很大的降低。细胞试验、溶血试验以及碱性磷酸酶活性(ALP)检测表明,带有Si-CaP涂层的AZ31镁合金样品细胞毒性等级(MTT法及细胞粘附)、血液相容性均符合标准要求,且有利于细胞在其表面粘附,此外,Si-CaP涂层覆盖的镁合金样品对成骨细胞分化有有利影响。抗菌试验表明:Si-CaP涂层覆盖的AZ31镁合金样品浸提液对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌具有很好的杀菌效果。  AZ31镁合金表面的电沉积Si-CaP涂层能够很大的降低AZ31镁合金样品的降解速率,且该Si-CaP涂层覆盖的AZ31镁合金样品具有良好的生物相容性,这样,可以为镁合金作为可降解骨科植入材料在临床应用前的困难提供一种很好的解决方案。
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