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。     

生物医用镁合金表面改性的研究进展

随着医疗技术的高速发展,镁及镁合金因其良好的生物相容性和生物力学性能,在骨科植入物和心血管支架领域具有巨大的应用前景。然而,在生理环境中的高降解率限制了镁及镁合金的临床应用。从镁合金的耐腐蚀性及生物相容性角度,综述了近年来化学转化涂层、微弧氧化涂层、钙磷涂层及可降解聚合物涂层在镁合金表面改性中的应用及特点,并展望了未来表面改性在生物医用镁合金领域的发展方向及应用前景。     

医用镁及镁合金表面可生物降解有机高分子涂层的应用

近年来,镁及镁合金由于其生物可降解性和良好的生物相容性,在医疗器械领域的应用获得了迅速的发展,然而过快的降解速率限制了其在临床上的应用。可生物降解有机高分子涂层是一种降低镁及镁合金降解速率的有效表面改性方法,同时还可赋予镁及镁合金医疗器械多种功能性。首先综述了可降解有机高分子涂层对镁及镁合金耐腐蚀性能和生物相容性的影响。可降解聚合物涂层能阻碍腐蚀性介质与基体的接触,从而延长其降解时间。而涂层对基体的保护提供了碱性较弱的环境,更利于细胞的生长增殖;同时涂层随着基体一起降解,可降低聚合物长期存在生物体内可能引发炎症反应的风险。此外,对聚合物涂层在骨科以及心血管支架领域的应用以及进展进行了综述。一方面,可降解聚合物涂层能显著延长镁及镁合金在生物体内的作用时间;另一方面,涂层可以作为载体材料通过携带具有不同功能的试剂或者药物实现医疗器械的功能化,如促进骨愈合和药物的可控释放。因此,可降解聚合物涂层在镁和镁合金器械领域必将起到无可替代的作用。     

镁合金表面可降解聚合物改性涂层研发及应用进展

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"。但镁合金在人体内降解速率过快,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。     

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。     

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。     

医用镁合金的生物腐蚀及高分子涂层处理

利用镁及镁合金的易腐蚀性能来发展可生物降解医用金属材料.选用2种商业镁合金,通过对电化学腐蚀性能及生物相容性的研究,得出含稀土元素的镁合金更适合作医用材料;并考察了壳聚糖涂层对镁合金腐蚀性能的影响,表明壳聚糖涂层能够减缓腐蚀速率,并且处理方式不同,影响不同,为稀土镁合金作为可生物降解医用金属支架材料提供了初步的理论基础.     

镁合金表面制备羟基磷灰石涂层的研究现状

镁及其合金具有可降解的特点,同时具有良好的生物相容性。与其他医用金属材料相比,其力学性能和弹性模量最为接近于人体骨的,被认为是近十年新一代最有潜力的生物医用植入材料之一。但是镁合金的耐腐蚀性较差,在很大程度上限制了其在医学领域的应用与发展。在镁合金表面涂覆羟基磷灰石生物陶瓷涂层,不仅能够提高镁合金的耐腐蚀性,更能够赋予其优良的生物活性。介绍了镁合金和羟基磷灰石的性能特点,综述了在镁合金表面制备羟基磷灰石涂层的工艺方法,并对镁基羟基磷灰石生物陶瓷涂层作为生物医用材料的未来发展方向进行了展望。     

医用可降解镁合金抗菌性、溶血以及生物相容性的研究进展

镁及镁合金因其密度低、弹性模量与硬组织匹配、可降解吸收以及具有优异的生物相容性等优点已成为可降解生物材料领域的研究热点。但镁合金体内降解速率过快且降解时产生析氢反应并引发局部pH环境升高,这会影响周围组织的生长,甚至会发生溶血、溶骨现象,这严重限制其在临床上应用。采用添加适当合金元素以及镁合金表面改性被认为是减缓镁合金腐蚀速率以期达到其降解行为可控的有效方法。综述了可降解镁合金抗菌性和溶血性能的研究状况,系统阐述了近5年来可降解镁合金生物相容性的最新进展,展望了医用可降解镁合金未来的研究方向和挑战。     

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。     

医用镁合金微弧氧化涂层制备及降解行为研究进展

近年来，镁合金作为“可降解医用金属材料”越来越受到研究人员的青睐。然而，镁合金的腐蚀降解较快导致的力学衰减显著、材料与骨愈合的适配性减弱是当前限制其临床应用的瓶颈性问题。微弧氧化作为一种有效的减缓镁合金降解速率措施，具有工艺简单、成膜效率高、膜层整体综合性能优异等优点，实现了降解速度可调控与改善生物相容性双重功能。本文主要从微弧氧化（MAO）涂层形成机制及膜层降解机理出发，综述了生物医用镁合金微弧氧化涂层研究进展；详细阐述了微弧氧化涂层镁合金的膜层形成/破裂机制；系统地归纳了微弧氧化工艺参数和涂层降解性能、生物相容性的本质联系；揭示了自封孔型氧化膜的生长机制、封孔物质的沉积过程及其保留在微孔内的原因；概述了复合表面处理技术的膜层物相特征及仿生溶液环境下降解行为规律。最后，展望了医用镁合金微弧氧化涂层的未来发展方向。     

镁合金材料表面处理技术研究新动态

对镁合金材料近年来在表面微弧氧化、表面超疏水膜层、激光表面改性以及溶胶-凝胶涂层四个方面的研究动态进行了简要综述。镁合金材料采用双极性和混合(单极和双极的组合)电流模式微弧氧化处理的膜层生长速率较快,膜层更致密且硬度更高,膜层的耐磨性和耐腐蚀性能更好。在高浓度苛性碱为主的强碱性溶液中添加适量的添加剂,经短时间(~3 min)微弧氧化处理,即可获得中性盐雾试验达200 h以上的致密耐腐蚀膜层。采用水热法、电化学刻蚀、微弧氧化和电沉积等方法,可在镁合金材料表面形成具有微纳米多级结构的粗糙表面,再用低表面能物质对粗糙表面进行修饰,可在镁合金表面获得超疏水膜层,从而提高镁合金的耐腐蚀性能。镁合金材料激光表面改性处理可改善其表面成分,细化晶粒,使组成相分布更均匀以及提高表层的固溶度极限,从而提高镁合金材料的耐腐性能、摩擦磨损抗力和疲劳强度。溶胶-凝胶有机/无机杂化涂层与镁合金基材良好的附着力,不仅可提高镁合金的耐腐蚀性能,还可以使镁合金具有抗氧化、耐磨损、防水性以及其他性能。     

医用镁合金微弧氧化工艺研究进展

从火花放电方面归纳整理了镁合金微弧氧化膜层的形成机理,并分析了膜层结构。在此基础上,结合国内外研究现状,阐述了预处理、电解质和添加剂以及电参数（电压、电流模式和脉冲频率）和封孔技术对镁合金微弧氧化膜层耐蚀性和生物相容性的影响。着重分析了电解质和添加剂的种类、浓度对膜层和生物性能的影响机制,其中电解质包括碱性硅酸盐和磷酸盐电解液等,添加剂包括甘油、氟化物、羟基磷灰石和纳米粒子等。研究发现,碱性磷酸盐电解质的加入可以降低膜层腐蚀速率,促进骨整合和细胞附着过程,羟基磷灰石、Ca、P等具有生物活性和对人体有益的粒子作为添加剂加入,可以显著提高膜层的耐蚀性和生物相容性。最后,基于研究现状,对镁合金微弧氧化技术在生物医用方面的发展进行了展望。     

医用镁合金微弧氧化/有机复合涂层的研究现状及演进方向

医用镁及镁合金过快的降解速率严重缩短了其有效服役时间，过高的析氢速率引发局部炎症，束缚了其临床应用前景。微弧氧化（MAO）/有机复合涂层良好的抑蚀降析性能，在医用镁及镁合金表面改性领域展现出巨大的应用潜力。首先，从有机材料（植酸（PA）、壳聚糖（CS）、硬脂酸（SA）、多巴胺（DA）、聚乳酸-乙醇酸共聚物（PLGA）、聚乳酸（PLA）、聚已内酯（PCL））自身的组织及性能特征入手，分析了单一有机涂层提高镁及镁合金耐蚀性的作用机理，并指出单一涂层自身的性能弱点（单一MAO涂层微孔和裂纹的不可避免，单一有机涂层与镁合金结合强度低，易于剥落）限制了对镁合金降解保护效能。其次，从结合强度、耐蚀性、多功能性（生物安全性、生物相容性、诱导再生性、抑菌抗菌性、载药缓释性等）的角度，详细阐述了各MAO/有机复合涂层的结构特点、优势特征。在此基础上，明确指出以MAO/PCL(MAO/CS)复合涂层为基底涂层，通过PCL(CS)涂层与其他涂层的交叉组合，是实现医用镁合金植入材料的生物活性及多功能性的最佳路径。最后，对镁合金MAO/有机复合涂层的演进方向进行了科学展望。     

镁合金稀土镧化学转化工艺研究

镁合金稀土转化膜技术是近年来发展起来的一种环保型镁合金表面处理新技术。通过正交试验对压铸镁合金AZ91D稀土镧化学转化处理工艺进行了研究。利用扫描电子显微镜(SEM)、能量色散谱(EDS)和X射线光电子能谱(XPS)研究了膜层的表面形貌及其组成,并通过容量法对膜层在5%NaCl(pH=6.8~7.0)溶液中的耐腐蚀性能进行了研究。结果表明:La转化处理工艺能够在压铸镁合金AZ91D表面形成均匀、完整的转化膜;膜层主要由La2O3和MgO以及少量的Al2O3组成;La转化膜在浸泡初期的10 h内耐腐蚀性能与铬酸盐转化膜相当。     

生物医用金属表面水滑石涂层的研究进展

随着我国人口老龄化和生活水平提高,人们对性能优异的生物医疗器械和植入材料需求剧增.目前,常见医用植入金属或合金的一些性能,如耐蚀性和生物相容性等,往往不能完全满足临床要求,因此有必要对医用金属材料进行表面改性处理.首先,结合水滑石(LDHs)的特点、性质及近年来的发展情况,综述了常见医用载药LDHs进展,提出了载药LDHs在缓释控释、靶向运输和癌症治疗等方面的应用前景,含有元素Mg、Zn的LDHs具有特殊作用.然后,重点总结常见医用可降解金属(镁、锌合金)和不可降解金属(钛合金)表面单一和复合LDHs涂层的制备方法,介绍不同种类LDHs涂层及其优点,着重分析当前不同医用金属表面LDHs涂层所存在的不足和潜在的应用.另外,金属表面LDHs复合涂层多方面性能均强于单一涂层,致密的LDHs涂层通常作为上层涂层可以起到封孔作用.最后,展望了含Zn、Mg元素LDHs在生物医用方向的应用前景,并分析了含Al、Li元素LDHs在生物医用方向发展需要注意之处和受阻的可能原因,为医用金属表面LDHs涂层的发展提供参考.