《鎂合金表面有機改性層降解及生物活性機制研究》是依託重慶大學，由喬麗英擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：鎂合金表面有機改性層降解及生物活性機制研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：喬麗英
- 依託單位：重慶大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
鎂及鎂合金作為可降解硬組織金屬植入材具有良好的套用前景，其腐蝕降解速度的控制以及生物活性的改善是亟需解決的問題。本項目擬採用化學方法在鎂合金表面製取無毒的具有不同末端官能團(-COOH,-PO4H2)的有機物改性層,以調整鎂的降解速度和改善其生物活性。項目針對鎂合金的腐蝕降解機制及表面特性，研究不同表面狀態的鎂合金表面上具有不同官能團的有機改性層的形成機制、影響因素、改性鎂合金的降解性能、生物活性，揭示鎂合金基體與改性層界面、改性層與生物體界面之間的相互作用機制，弄清緩蝕膜對合金降解和活性的影響規律，以及生物活性與腐蝕降解性能之間的內在聯繫，並將鎂合金的腐蝕降解過程與新骨形成過程進行對應研究。本研究為新型鎂基硬組織植入材料的進一步研究、製備和套用提供理論基礎。其關鍵技術和原理的突破將對鎂基生物材料製備和套用技術、鎂合金防腐理論和技術的發展產生重要的推動作用。
結題摘要
為控制鎂基生物材料的腐蝕降解速度並改善其生物活性，本項目對具有不同末端官能團的硬脂酸、植酸和APTES矽烷的有機物改性層的製備工藝、成膜機制、降解性能和生物活性以及細胞相容性進行了系統的研究，考察了材料在體內的變化過程及其對宿主的影響。研究結果表明：（1）以熱處理得到的氧化鎂過渡層與硬脂酸結合良好；在高濃度溶液中短時間浸泡製得的膜層比傳統在低濃度溶液中長時間侵漬成膜的耐蝕性好；超聲清洗能進一步提高膜層有序度和緻密性。該膜由Mg2+ 和 –COO- 之間的離子鍵合在基體表面，尾基為疏水的烷鏈，接觸角超過130º。改性材料顯示了均勻緩慢的降解和良好的生物活性。（2）經過工藝最佳化後的植酸膜仍然存在顯微裂紋，使得植酸改性膜只能短期有限地提高鎂基體的腐蝕抗力。植酸分子中的磷酸根氧負離子與鎂離子結合，形成螯合物在鎂表面形成保護膜。磷酸基能誘導Ca元素的沉積，使改性試樣具有良好的生物活性。（3）以水熱處理得到的Mg(OH)2層為過渡層，在45℃，濃度為2.5%，pH為6的矽烷溶液中浸泡40s後，在100℃的真空乾燥箱中固化1h得到能顯著提高鎂耐蝕性的APTES矽烷有機膜，該膜未顯示出對生物活性明顯的改善且膜層穩定性不佳。（4）硬脂酸和矽烷改性處理使改性後試樣對成骨細胞的增殖顯示出促進作用，材料表現較好的細胞相容性。但是硬脂酸改性後的試樣表面呈疏水性，對細胞的親和力不強，需要進一步改善。植酸改性的純鎂與成骨細胞的間接培養時，表現出不合格的細胞毒性；但是在與AZ31鎂合金直接接觸培養時，顯示植酸改性後的AZ31鎂合金更有利於MG63細胞的黏附。提示植酸改性後表面具有的磷酸殘基結構可能誘導和促進細胞整合素的表達水平。（5）經過植酸、硬脂酸和矽烷改性處理的純鎂試樣的溶血率由改性前的57.39%，分別下降為4.28%、2.60%和0.87%，均符合生物材料溶血率小於5%的要求。（6）植入試驗不僅證實了硬脂酸SAM改性對鎂基材料降解速度的調節作用，也初步提示硬脂酸改性純鎂試樣具有一定的成骨活性，但試驗中出現的動物肌無力和腹瀉情況需要深入研究，鎂材料的降解速度必須嚴格控制。本研究成果加深了人們對鎂基生物醫用材料的有機表面改性、腐蝕降解、生物相容性能和成骨活性等的認識。
