镁合金表面可降解聚合物改性涂层研发及应用

相比于钛合金、不锈钢、钴基合金等传统生物医用金属材料,镁合金不仅具有生物可降解特性,而且其弹性模量与人体骨骼很接近,不容易产生“应力屏蔽”,被誉为“新一代先进生物材料”。但镁合金在人体降解速率过快,由此产生的力学失稳和过量降解产物在体内的代谢吸收隐患限制了其在外科植介入医疗领域的大量推广应用。而可生物降解或可吸收的天然和合成高分子(聚合物)是全球量大面广的一类质轻、多功效、生物安全性好的生物医用材料,若将其作为可降解镁合金表面的特种防护涂层并解决好两者表界面之间的生物功能性和力学相容性,将是开发先进镁合金材料及其应用的重要发展方向。本文综述了生物可降解的镁基合金表面天然及合成高分子涂层的最新研究进展,并对其未来的研发及应用发展趋势提出展望。     

医用可降解镁合金应用及表面改性研究进展

镁及其合金作为新一代生物医用可降解材料,具有良好的经济性、力学性能、生物相容性、可降解性能,在骨科、心血管科、消化科等领域具有广阔的应用前景。镁合金具有较高的化学活性,因此其降解速率较快,力学性能的维持受限,植入时可能发生的细菌感染会引发炎症和腐蚀加速等问题,因此需要通过表面改性来制备多功能一体化的涂层。综述了医用可降解镁合金作为接骨板、螺钉、血管支架、胃肠吻合器、胆管支架等植入材料的应用现状及最新研究成果。讨论了医用可降解镁合金在植入生物体时面临的析氢、pH升高、腐蚀加速、力学性能衰减、稀土元素毒性及内膜增生等具体问题,在此基础上,考察了化学转化、等离子喷涂、微弧氧化、聚合物涂层等4种镁合金表面改性技术的最新研究动态。结合体内试验和体外试验,概述了表面改性对镁合金安全性、耐蚀性、抗菌性、生物相容性等方面的影响,并简要对比了几种表面改性技术的优缺点。最后展望了医用可降解镁合金表面改性技术的发展方向。     

镁合金表面可降解涂层的制备及其性能

目的 研究生物医用镁合金表面可降解涂层的制备,并对其制备条件、防腐蚀性能,体外降解性、细胞毒性等进行表征。方法 首先合成功能单体7-(2-甲基丙烯酰氧基乙氧基)-4-甲基香豆素(MAC)和2-亚甲基-1,3-二氧杂环庚烷(MDO),选择乙酸乙烯酯(VAc)作为共聚单体,通过自由基开环聚合合成可降解聚合物P(MAC-VAc-MDO)(PMVO)。将PMVO溶于二氯甲烷中并利用浸涂法在AZ31镁合金表面制备可降解涂层,探究不同制备条件(不同浸涂次数、不同聚合物浓度和不同环境温度)对涂层的膜厚、单位面积膜重以及水接触角的影响,并选择最佳涂层制备条件。采用动电位极化曲线测试对涂层的防腐蚀性能进行表征,可降解涂层的体外降解性和细胞毒性通过模拟体外降解实验和细胞实验进行表征。结果 当浸涂次数为3次、聚合物质量浓度为30 mg/mL、环境温度为40 ℃时,浸涂法制备的涂层均匀致密,此时该涂层具有良好的防腐蚀性能,模拟体外降解实验证明涂层样品浸泡后的pH和镁离子浓度与裸镁相比均有所下降,浸提液细胞毒性实验证明涂层的降解产物无毒。结论 通过自由基开环聚合成功制备聚合物PMVO,并通过浸涂法制备镁合金表面可降解涂层,通过实验证明最佳条件下制备的涂层具有良好的防腐蚀性能、生物可降解性以及细胞毒性。     

镁合金表面自愈合涂层进展

自愈合涂层能够一定程度地修复表面涂层的损伤,延长涂层的使用寿命,因此,广泛应用于镁合金表面处理领域。结合经典的自愈合涂层模型和理论,综述了镁合金表面自修复涂层的最新相关研究成果。铬酸盐转化膜是一种最典型的化学转化膜,其利用修复剂之间的化学反应来达到修补涂层损伤的目的,工艺简单,容易实现,但其修复涂层效果极大地受到修复剂填埋量的影响。以微囊微管为代表的微容器型自愈合涂层进一步丰富了自愈合涂层的设计理念,但因其工艺相对复杂、缓蚀剂装载量有限等问题也颇受限制,而利用多孔材料装载修复剂的等类微容器涂层是近期比较新颖的涂层设计思路。最新的研究工作则主要围绕多功能化的自修复复合涂层展开,自愈合效果往往只是复合涂层的一部分功能,也不再是对于涂层本身的修复,而更加注重利用涂层本身与腐蚀产物的共同作用达到对涂层功能的修复;无机类与聚合物类修复剂复合使用,共同增强自愈合效果。另外,根据实际应用条件设计的触发式自愈合,更贴近现实。     

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。     

生物医用镁合金表面改性涂层研究进展

镁合金凭借其优异的生物安全性、良好的载荷传递性及独特的降解性,在医用植入领域表现出巨大的应用潜力和发展前景。然而镁合金在生理环境下的腐蚀溶解速率过快,导致材料力学性能衰减加速进而过早失效。表面改性作为镁合金耐蚀性能提升的重要途径,不仅能通过表层物理屏障的形成来减缓金属材料的溶解速率,还能抑制合金内部腐蚀电偶反应的强烈程度及调控其生物相容性。概述了典型表面改性工艺的技术优势,包括涂层在合金表面的多覆盖度、高膜层厚度、强附着力以及良好生物相容性等。同时归纳了几种表面改性工艺所存在的问题,包括较差的长期耐蚀性、低应力承受能力以及技术安全性等。在此基础上,重点综述了近年来镁合金表面改性涂层的最新研究动态,其中简要介绍了化学转化、微弧氧化、等离子喷涂等几种常见的表面改性涂层形成机制。系统阐述了涂层对镁合金降解过程和生物相容性的影响规律,以及部分元素或粒子对涂层微观结构以及生物性能的作用机理。最后展望了医用镁合金表面改性涂层的发展方向。     

镁合金表面改性技术研究现状及进展

镁合金有高的比强度,使其成为汽车、航空等工业今后减重的选用材料;它有良好的抗电磁信号干扰、吸震（阻尼）性能和环境友好性等,使其在电子工业领域应用潜力巨大。但镁合金缺乏自医的、自然钝化的表面膜,使其在使用过程中易腐蚀,尤其在潮湿空气、海水、各种有机酸及其盐、无机酸等环境中其耐蚀性差。目前,在镁合金表面改性方面采用的方法不外乎表面涂层技术,以保护镁合金基体不与外部环境接触。本文结合作者在镁合金表面扩渗合金化方面所做的研究工作以及金属镀层、阳极氧化法和高能束技术处理等在镁合金表面改性方面的应用研究现状,对镁合金表面改性技术作综合评述。     

可降解镁合金支架聚合物涂层剥离的有限元模型及实验研究(英文)

可降解镁合金支架(MAS)能够改善商用裸支架和药物洗脱支架的长期治疗效果。由于镁合金支架在人体内降解速度太快,限制了其对病变血管的支撑性能。保护性聚合物涂层为镁合金支架提供了一种降低腐蚀速度的有效方法。然而,聚合物涂层在支架扩张时出现的剥离现象是阻碍其运用的一大障碍。在本研究中,分别运用有限元方法和实验方法对一种优化设计的镁合金支架进行了聚合物涂层剥离问题的研究。首先通过90o剥离实验测试,为粘聚区有限元模型提供了临界能量释放率,以此为基础的90o剥离的模拟结果和实验结果吻合良好。运用可靠的粘聚区模型参数,支架-聚合物涂层有限元模型考察了支架在扩张过程中是否会发生涂层剥离现象。本研究为考察支架聚合物涂层剥离现象提供了一种简单可靠的方法,为改善可降解镁合金支架的聚合物涂层性能提出了相应的建议。     

镁合金表面改性新技术

综述了镁合金的几种表面改性处理新技术的现状,主要有等离子体浸入式离子注入沉积技术、粉末涂层技术、E-涂层技术、氢化物涂层技术、微弧火花合金化,并展望了今后的发展趋势.  2003-11-00     

镁合金表面铝涂层研究进展

镁合金在现代工业中有着广泛的应用前景,但较差的耐蚀性能限制了其发展,沉积铝涂层技术作为改善镁合金表面性能的新技术得到了关注。综述了镁合金表面沉积铝涂层的技术研究现状,分析了此种技术的优势,介绍了在镁合金表面沉积铝涂层的几种主要方法:扩散铝涂层、物理气相沉积、化学气相沉积、高能束熔覆等,分析了各自的优缺点,并展望了镁合金表面铝涂层技术的发展趋势。     

医用镁合金表面改性研究进展

由于镁及其合金具有良好的生物相容性和力学相容性,降低镁合金过快的腐蚀速度成为其作为生物材料应用的关键,医用镁合金表面改性已成为新一代生物材料的研究重点。介绍医用镁合金的发展历程,重点讨论镁合金表面生物活性陶瓷(如羟基磷灰石(HA))、阳极氧化膜、可降解高分子聚合物(如聚乳酸(PLA)、PLGA、壳聚糖)、惰性生物陶瓷涂层(如TiO2、Al2O3、ZrO2)、化学转化膜(氟化膜、稀土转化膜)和金属镀层(如Ti、Zn)制备、耐蚀性及其生物相容性,并指出其发展趋势。     

镁合金表面耐蚀改性技术

镁及镁合金是一种极具发展潜力的轻质结构材料，但镁合金的耐蚀性较差，因此进行适当的表面处理以提高镁合金的耐蚀性能已成为目前研究的热点。微弧氧化、激光表面处理、离子注入、物理气相沉积(PVD)及等离子体注入沉积(IBAD)是近年来兴起的镁合金表面耐蚀强化新技术，这几种技术在处理镁合金耐蚀性方面已取得了一定的成果。综述了目前国内外应用这几种方法提高镁合金耐蚀性方面的研究现状，并展望了其应用前景。     

聚合物涂层处理镁合金的耐蚀性及溶血性研究

利用浸提法在表面防护处理后的镁合金上分别制备PLGA和壳聚糖两种聚合物涂层。通过电化学实验、接触角实验、浸泡实验对镁合金表面载药聚合物涂层进行研究。结果表明,两种载药聚合物涂层除具有药物缓释作用外,还可以在一定程度上提高镁合金的耐蚀性,并保持优异的抗溶血性。     

镁合金表面铝涂层研究新进展

对镁合金表面沉积铝涂层这一镁合金表面处理的新技术进行了总结,分析了传统镁合金表面处理的优缺点以及在镁合金表面沉积铝涂层的优势.最新的在镁合金表面沉积铝涂层的工艺主要有铝粉埋覆扩散法、铝粉刷涂埋覆扩散法、火焰喷涂热扩散法、电弧喷涂热压法、动态金属喷镀法.在对以上沉积原理的分析和理解的基础上,详细阐述了镁合金表面铝涂层的耐蚀机理,并指出了该技术的应用前景和制约其发展的主要因素.     

可生物降解镁及镁合金表面改性研究进展

生物医用镁及镁合金可降解吸收,具有良好的生物相容性,弹性模量与人体骨接近,是理想的人体植入物材料。在体液环境中,医用镁合金腐蚀速率较快,常常导致植入物过早失效。对镁合金表面进行适当改性,可调控合金降解速率、提高生物相容性。最常见的表面改性方法是在镁合金表面生成保护性涂层,这些涂层主要包括可降解高分子涂层和一些无机涂层。综述了近几年可生物降解镁及镁合金的表面改性涂层及改性技术的最新研究动态,探讨了镁及镁合金表面制备无机涂层和可降解高分子涂层的一些改性方法;简要介绍了阳极氧化、微弧氧化、离子注入、溶胶-凝胶、等离子喷涂及化学沉积等表面改性方法的原理,并比较其优缺点;提出了可生物降解镁及镁合金表面改性涂层研究中面临的问题,并展望了未来发展方向。     

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。     

镁合金表面改性技术现状研究

镁在自然界中含量丰富,在地壳金属元素中储量排名第三位,是最轻的金属结构材料之一.镁合金的密度为1.74 g/cm3,比强度高达134,兼具韧性好、减震性强、热容量低、压铸性能好以及切削加工性能优良等优点,在军工、航天航空以及汽车等领域上有广泛应用.由于镁的电负性极强,稳定性不好,易被腐蚀,因而需要对镁合金表面进行处理才能适应实际应用的要求.镁合金表面改性是改善镁及其合金耐蚀性、提高使用寿命、扩大应用领域的重要技术手段之一.综述了镁合金表面改性技术的研究现状,介绍了化学转化处理(化学氧化处理)、电镀和化学镀、阳极氧化和微弧氧化、激光表面处理、热喷涂以及有机涂层等方法 的原理、优点以及存在的问题,并简要介绍气相沉积、离子注入、达克罗涂层等表面改性技术,最后分析了镁合金表面改性的发展趋势,认为镁合金表面改性技术应朝着低污染、低成本、高效率、多技术复合的方向发展.     

镁合金表面激光改性的研究进展

介绍了激光表面改性的方法,综述了镁合金表面激光改性的研究现状,主要包括激光表面改性在提高镁合金的硬度,改善镁合金的耐磨、耐蚀性等方面的应用.     

变形镁合金表面改性的新技术

简述了对变形镁合金进行改性的必要性。对变形镁合金进行表面改性的方法包括激光熔敷、热喷涂、电化学方法、转化膜、液相/气相沉积、涂装和离子注入。对变形镁合金表面的热喷涂包括火焰喷涂和等离子喷涂;电化学方法包括微弧氧化和阳极氧化法;制备转化膜的方法包括化学镀、磷化和溶胶—凝胶法;离子注入包括高温金属离子注入和等离子体注入。指出应该加强对实际的变形镁合金构件的表面改性技术的开发,尤其是对试样研究较多的微弧氧化法、阳极氧化法和磷化。     

镁合金激光表面改性研究新进展

本文综述了镁合金激光表面改性的几种方法,介绍了国内外在此研究领域的最新进展,分析了镁合金激光表面改性技术目前存在的问题,并提出了今后发展的建议。