镁基生物材料表面腐殖酸涂层的构建及腐蚀和生物相容性研究

摘要

镁元素是人体必需元素之一，广泛分布于各种组织器官中（骨骼、肌肉、细胞外液、血浆），参与人体多种生理活动。镁基材料因为其良好的生物相容性，机械性能，腐蚀行为，在可降解生物医用材料方面的研究受到广泛关注。目前，镁基材料作为可降解生物医用材料应用，最大的问题是其腐蚀速率的控制问题。
　　在考虑生物相容性的前提下，为了提高镁基生物材料的腐蚀性能，本研究采用腐殖酸(Humic Acid，HA)有机分子与镁离子通过螯合反应在镁基材料表面构建腐蚀控制的腐殖酸涂层。并通过材料学的表征方法[光镜(OM)、扫描电镜(SEM)、红外光谱(FT-IR)、X-光电子能谱(XPS)]解析涂层本身相关信息，通过电化学手段[开路电位(OCP)、动电位极化(PDP)、电化学交流阻抗谱(EIS)]评价涂层对镁基材料的暂态腐蚀保护效果，通过长期浸泡实验(pH、析氢)评价腐殖酸改性涂层的长期稳定性和对镁基底的长期保护效果进行评价，通过与成骨细胞的交互作用评价改性涂层对成骨细胞的相容性。
　　通过OM、SEM(EDS)、FT-IR，XPS对不同浓度腐殖酸改性镁样品[沉积过程中HA浓度为0.1g.L-1、0.5g.L-1、1.0g.L-1的样品分别记为Mg@HA(0.1)、Mg@HA(0.5)、Mg@HA(1.0)]及镁未改性镁样品[记为Mg]的表面形貌，截面信息，涂层的化学组成和结构及腐殖酸与镁离子之间的结合方式进行解析。结果表明:腐殖酸与镁离子通过螯合的方式在镁表面形成涂层，随着腐殖酸沉积浓度增大其腐蚀保护效率降低，Mg@HA(0.1)、Mg@HA(0.5)、Mg@HA(1.0)三组样品中Mg@HA(0.1)工艺下的涂层更致密。通过电化学测试和长期浸泡表明:Mg@HA(0.1)、Mg@HA(0.5)、Mg@HA(1.0)三组样品相对未改性镁样品具有更低的自腐蚀电位和自腐蚀电流，镁的阴极腐蚀反应受到抑制，长期浸泡析氢量少，pH值稳定无突变，浸泡21天后腐殖酸涂层破坏较小，对镁基底依然有保护作用，其中Mg@HA(0.1)组样品具有更好的保护效果。通过不同浓度腐殖酸与成骨细胞共培养实验表明:腐殖酸在浓度为0μg/ml，5μg/ml，50μg/ml，100μg/ml时与成骨细胞共培养1、3、5天后结果显示腐殖酸对成骨细胞生长并无不利影响;经过腐殖酸改性后的镁样品表面接种成骨细胞培养6h后结果显示在改性过后的镁样品表面出现了成骨细胞的粘附和铺展，而未改性镁样品表面有成骨细胞粘附，但细胞却并未铺展，这是由于腐殖酸改性后的样品其腐蚀速率受到控制，利于细胞在上面粘附铺展。

目录

声明

论文说明

摘要

第1章 绪论

1．1 生物医用材料简介

1．2 可降解生物医用材料

1．2．1 可降解无机生物材料

1．2．2 可降解高分子生物材料

1．2．3 可降解金属生物材料

1．2．4 可降解复合生物材料

1．2．5 可降解生物医用材料降解机理

1．3 镁基可降解生物医用材料

1．3．1 镁基可降解生物医用材料应用现状

1．3．2 镁基可降解生物医用材料的腐蚀行为

1．3．3 镁基可降解生物医用材料腐蚀控制

1．4 有机分子涂层改性镁基生物材料

1．4．1 有机分子涂层研究现状

1．4．2 腐殖酸简介

1．5 选题意义及研究内容

1．6 技术路线

第2章 腐殖酸涂层的制备及表征方法

2．1 实验试剂及仪器

2．1．1 实验试剂

2．1．2 实验设备

2．2 样品制备

2．3 腐殖酸涂层材料学表征

2．3．1 腐殖酸涂层形貌及厚度表征

2．3．2 腐殖酸涂层结构及成分分析

2．3 电化学测试

2．3．1 开路电位测试(OCP)

2．3．2 电化学交流阻抗测试(EIS)

2．3．3 动电位极化测试(PDP)

2．4 体外降解行为评价

2．4．1 腐殖酸涂层长期浸泡析氢测试

2．4．2 体外浸泡pH值测定

2．5 细胞相容性评价

2．5．1 腐殖酸对成骨细胞生长的影响

2．5．2 成骨细胞粘附及增殖

第3章 实验结果及讨论

3．1 引言

3．2 材料学表征

3．1．1 表面和截面形貌

3．1．2 结构及成分分析

3．2 电化学腐蚀行为

3．2．1 开路电位测试(OCP)

3．2．2 电化学交流阻抗测试(EIS)

3．2．3 动电位极化测试(PDP)

3．3 体外降解行为

3．3．1 体外浸泡析氢

3．3．2 体外浸泡pH值

3．4 腐殖酸及涂层细胞相容性评价

3．4．1 不同浓度腐殖酸对成骨细胞的影响

3．4．2 体外短时间成骨细胞粘附及增殖

总结与展望

主要结论

未来展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表论文及科研成果