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镁合金沉积羟基磷酸钙涂层技术简析
来源:www.ajcmaterial.com    日期:2020-09-17    阅读()

镁合金能在人体内降解,降解产物为Mg2+。镁为人体内第四大金属元素,对人体无毒,因此镁合金是一种很有潜力的医用植入材料。但是没有经过表面处理的镁合金在人体内的耐蚀性差,降解速度快。术后一段时间,镁合金植入物会因过度腐蚀而导致功能失效。另外,镁合金降解过程中会产生大量的氢气,这些气体聚集在植入物周围,若不及时排除会锈发一定的炎症。

羟基磷酸钙是人体骨骼的组成成分,作为植入物不仅对人体没有毒害,而且会促进成骨细胞在其表面吸附,加速骨骼损伤处的愈合过程。因此,在生物医用镁合金表面沉积羟基磷酸钙涂层可以在改善植入物耐蚀性的同时提高其生物活性。研究表明,镁合金在生物模拟体液中会生成微量的羟基磷酸钙,但在水溶液中直接合成羟基磷酸钙时,镁离子会阻碍羟基磷酸钙的生成。在含有Ca2+、Mg2+和H2PO4-的水溶液中添加EDTA后发现,EDTA能有效地与Mg2+发生反应,降低Mg2+的阻碍作用,从而促进羟基磷酸钙的形成。另外,也可以采用电沉积法在AZ系列镁合金(如AZ31、AZ91)表面生成羟基磷酸钙涂层。

首先在含有Ca(NO3)2、NH4H2PO4的水溶液中电沉积一层预沉积层,然后将该预沉积层置于热碱溶液中与NaOH反应,最终生成羟基磷酸钙。电沉积合成的羟基磷酸钙涂层为晶态,其微观形貌呈簇状。TEM照片显示该羟基磷酸钙晶体为针状,晶体结晶不完整,存在多种缺陷。尽管电沉积生成的羟基磷酸钙涂层并不是完整、致密的均匀膜层,但是极化曲线和阻抗实验表明,该涂层仍能有效地提高基体的耐蚀性能。

人体骨骼中的羟基磷酸钙中含有很多微量物质如CO32-、F-、Mg2+等,这些微量物质能有效地提高造骨细胞与骨骼的结合力,促进骨骼的生长发育,因此,含有微量杂质的羟基磷酸钙涂层具有更高的生物活性。用溶胶-凝胶法合成羟基磷酸钙时,在前驱体中添加一定比例的F-和Mg2+可以制备Mg2+掺杂的羟基磷酸钙,在此过程中,F-能提高Mg2+的掺杂效果。但是当驱体中的Mg2+含量过高时,会生成Mg取代β-Ca3(PO4)2。第一性原理模拟计算表明,Mg2+很难直接取代Ca2+进入羟基磷酸钙晶胞中,而是生成过滤态的磷酸八钙,从而提高羟基磷酸钙涂层的生物活性。

 

 



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