镁表面构建兼顾腐蚀控制和骨相容性己二胺四甲基叉膦酸涂层的研究

发布时间：2017-05-11 02:15

  本文关键词：镁表面构建兼顾腐蚀控制和骨相容性己二胺四甲基叉膦酸涂层的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：镁及镁合金作为革命性的医用全降解植入金属材料备受关注,但过快的腐蚀／降解速率成为临床应用的最大挑战。兼顾腐蚀控制和生物相容性镁基可降解材料的出现是实际临床应用所高度期望的。本课题中,己二胺四甲基叉膦酸(methylenephosphonic acid) [HDTMPA, (H2O3P-CH2)2-N-(CH2)6-N-(CH2-PO3H2)2]作为一种天然的、具有生物活性的有机分子,通过化学转化和浸涂的方法以共价固定和螯合沉积的形式,在纯镁表面成功构建兼顾腐蚀控制和骨生物相容性的HDTMPA涂层。采用碱活化预处理使纯镁表面产生丰富的功能基团(-OH),为HDTMPA分子的化学接枝提供保证。随后HDTMPA分子与基底释放出的Mg2+发生螯合反应,最终在纯镁表面构建出均一致密的HDTMPA涂层。通过浓度的优化选择,Mg-OH@HDTMPA(5 mM)的涂层质量最为均一且致密。FT-IR图谱中磷酸基团的漂移和XPS图谱中P-O-Mg高分辨峰的出现明显表明共价固定和螯合作用的存在。电化学结果显示HDTMPA涂层具有低而稳定的开路电位(OCP),以及较低的自腐蚀电流密度(jcorr),体现HDTMPA涂层具有较稳定的热力学状态,这种热力学状态减缓阴极析氢反应(NED)可有效抑制整个腐蚀过程的进行(RDS)。阻抗测试结果显示,HDTMPA涂层动力学上抑制腐蚀作用明显,涂层可显著减少局部腐蚀的影响。长期浸泡结果表明,Mg-OH@HDTMPA(5 mM)的耐腐蚀性能最强,原因是HDTMPA涂层本身较低自腐蚀电位(Ecoor)从热力学上决定其具有较好的耐腐蚀作用,同时均一致密的膜结构从动力学上抑制过快腐蚀的发生(还表现在降解过程中涂层中HDTMPA分子对Mg2+阻碍作用)。电化学腐蚀和浸泡降解试验显示：在PBS缓冲溶液中(37±0.5℃),HDTMPA改性的镁与纯镁相比具有优异的控制生物腐蚀／降解行为能力,对于实际临床应用意义深远。初期的血液相容性结果表明,HDTMPA改性的镁溶血率仅为1.1%,小于纯镁(33.45%)和不锈钢(1.34%)的溶血率,且符合临床实际应用低于5.0%的国际临床要求。同时,HDTMPA改性的镁表现出良好的骨相容性,不但可以诱导生物活性类骨磷酸钙羟基磷灰石[(Ca10(PO4)6(OH)2,HA]和磷酸八钙[Ca8H2(PO4)6·5H2O, OCP]的沉积,而且可以促进成骨细胞的粘附和增殖,这预示着HDTM PA涂层有着较好的骨传导性和诱导性。这种具有良好控制生物降解性和生物相容性的HDTMPA改性镁基材料,有望成为新的骨植入材料进行临床验证。
【关键词】：生物降解金属 镁 己二胺四甲基叉膦酸(HDTMPA) 腐蚀 溶血率 骨生物相容性
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：R318.08
【目录】：

• 摘要7-9
• Abstract9-13
• 第一章 绪论13-34
• 1.1 生物医用材料研究现状13-14
• 1.2 生物医用可降解材料研究现状14-21
• 1.2.1 可降解生物陶瓷材料14-15
• 1.2.2 可降解有机高分子材料15-16
• 1.2.3 可降解金属材料16-20
• 1.2.4 可降解复合材料20-21
• 1.3 医用可降解镁基材料的优势和不足21-25
• 1.3.1 镁基材料的应用现状21-22
• 1.3.2 镁基材料的腐蚀/降解电化学机理22-25
• 1.4 医用镁基材料改性处理研究现状25-29
• 1.5 镁基材料表面膦酸类涂层研究现状及选择29-31
• 1.5.1 镁基材料表面膦酸类涂层的研究现状29-30
• 1.5.2 己二胺四甲基叉膦酸(HDTMPA)简介30-31
• 1.6 选题意义及研究内容31-33
• 1.7 技术路线33-34
• 第二章 HDTMPA涂层的制备及表征方法34-43
• 2.1 实验试剂及仪器34-35
• 2.1.1 实验试剂34
• 2.1.2 实验仪器34-35
• 2.2 样品制备及表征方法35-37
• 2.2.1 HDTMPA涂层的制备35-36
• 2.2.2 材料学表征36
• 2.2.3 水接触角和表面能36-37
• 2.3 腐蚀/降解实验37-40
• 2.3.1 电化学测试37-39
• 2.3.2 体外浸泡实验39-40
• 2.4 生物相容性实验40-43
• 2.4.1 血液相容性评价40-41
• 2.4.2 体外骨相容生物评价41-43
• 第三章 HDTMPA涂层结果表征和降解行为研究43-61
• 3.1 引言43
• 3.2 材料学表征43-47
• 3.2.1 表面和截面形貌43-45
• 3.2.2 FT-IR和XPS45-47
• 3.3 电化学腐蚀行为47-56
• 3.3.1 OCP47-48
• 3.3.2 PDP48-51
• 3.3.3 EIS51-56
• 3.4 浸泡降解行为56-58
• 3.5 结果讨论58-59
• 3.6 本章小结59-61
• 第四章 HDTMPA涂层生物相容性评价61-70
• 4.1 水接触角和表面能61-62
• 4.2 溶血率62-63
• 4.3 体外骨细胞相容性评价63-69
• 4.3.1 诱导型-磷酸钙63-65
• 4.3.2 成骨细胞的粘附与增殖65-69
• 4.4 本章小结69-70
• 第五章 总结与展望70-72
• 5.1 主要结论70-71
• 5.2 未来展望71-72
• 致谢72-73
• 参考文献73-88
• 攻读硕士学位期间发表论文88-89

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前4条

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本文编号：356042