壳聚糖肝素化氧化石墨烯改性镁合金的耐蚀性能和生物相容性研究(附件)
镁合金作为一种新型生物材料在医疗器械应用方面有着巨大的潜力，然而降解速率过快和生物相容性较差极大地限制了它的应用。本课题用ZM61镁合金材料作为研究对象，首先通过碱热处理使镁合金表面引入大量羟基，然后直接在表面进行16-膦酰基十六烷酸自组装，之后再在表面接枝壳聚糖，最后在表面固定肝素化氧化石墨烯，用来提高材料的生物相容性和耐蚀性能。研究并对比了改性材料前后的表面化学结构、耐腐蚀性能以及生物相容性。结果表明，自组装和壳聚糖接枝均能改善镁合金材料的耐蚀性能，并能提高材料的生物相容性，促进内皮细胞生长，提高血液相容性；而固定肝素化氧化石墨烯后材料的各项性能得到了进一步的提高。关键词 镁合金，耐蚀性，生物相容性，表面改性
目录
1 绪论 1
1.1 问题的提出 1
1.2 镁合金的优缺点 1
1.3 提高镁及镁合金耐腐蚀性和生物相容性的主要方法 1
1.3.1合金化 1
1.3.2表面改性 1
1.4 壳聚糖 2
1.5 氧化石墨烯及其功能化 3
1.6 本课题的目的和意义 3
1.7 本课题的技术路线和研究内容 3
2 实验 4
2.1实验材料、试剂和设备 5
2.1.1实验材料 5
2.1.2实验试剂 5
2.1.3实验仪器 5
2.2样品制备 6
2.3肝素化氧化石墨烯的制备 6
2.4镁合金的表面改性 7
2.5材料表面的化学结构 7
2.5.1 ATRFTIR 7
2.5.2表面形貌及EDX分析 8
2.5.3表面亲疏水性 8
2.6材料的耐腐蚀性 8
2.6.1 动电位扫描极化曲线 8
2.7生物相容性表征 8
2.7.1血液相容性 8
2.7.2内皮细胞实验 9
3 结果与讨论 10
3.1 ATRFTIR 10
3.2 表面形貌及EDX 12
3.3材料表面的亲疏水性 12
3.3材 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
料表面的耐蚀性 13
3.4材料的生物相容性 14
结 论 16
致 谢 17
参 考 文 献 18
1 绪论
1.1 问题的提出
最近几年，生物材料飞速发展，由于能够治疗修复人体生物系统而被广泛应用于医药等领域，展现出巨大的发展价值以及极大的发展潜力。镁及镁合金作为新一代医用生物材料具有极大的优势和潜力。镁合金具有良好的力学性能和生物相容性[1]、第三代医用材料的可降解性和生物活性特征[2]。作为可以改善机体功能替代损毁组织的生物材料，镁及镁合金被应用于骨固定材料、整形外科以及血管支架等方面。而且镁及镁合金资源丰富，价格低廉[3]。然而镁的化学性质较为活泼，对人体生理环境的腐蚀敏感，在人体生理环境下极易发生腐蚀，而过快的腐蚀又会使镁合金材料的力学性能和生物相容性能降低，因此，抑制镁及镁合金的腐蚀速度以及提高其生物相容性是目前需要解决的关键问题之一。
1.2 镁合金的优点和缺点
优点：镁合金具有良好的力学性能，能够在人体内逐步降解，且降解产生的镁离子对人体无害，属于人体内的必须离子。在医用生物材料范畴，镁合金具有较高的强度比和刚度比，良好的生物相容性，在新一代的医用植入材料领域展现出极大的潜力。
缺点：镁合金耐腐蚀性太差，在人体内降解速率太快，且在人体内腐蚀后会影响局部范围的PH值变化发生严重的溶血现象。
1.3 提高镁及镁合金耐腐蚀性和生物相容性的主要方法
1.3.1合金化
合金化是指在金属表面诸如各种离子使金属材料的性能产生良好的改善。镁作为医用生物材料合金化，既要考虑对耐蚀性和生物相容性的提高，又要考虑合金化的元素是否会对人体产生有害的影响，医用镁合金的合金化元素一般为人体必需的微量元素或微量无毒元素或生物营养元素，因此对于医用镁合金来说，合金化技术既要一整套完整的工艺设备又有诸多限制，缺点太大。
1.3.2表面改性
对镁合金表面进行改性可以提高镁及其合金耐蚀性能、改善其生物相容性，从而提高使用寿命和医学应用。镁合金表面处理技术主要包括表面涂覆技术、化学转化处理（化学氧化处理）、表面改性处理等方法。
（1）化学转化处理
化学转化处理又称化学氧化处理是镁合金表面改性最常用的方法之一。通过镁合金构件和化学处理液接触发生化学反应，在构件表面形成一层牢固的钝化膜。这层钝化膜不仅能保证镁合金不受水和其他腐蚀介质的影响，并可以使表面膜的PH值转变为中性，从而提高其耐蚀性能[4]。化学转化处理的优点在于设备投资少、工艺简单、成本低[5]。常见的化学转化处理方法有微弧氧化、碱热处理、氟化处理等[6,7]。常见的化学转化膜包括磷酸盐膜、磷酸高锰酸盐膜、多聚磷酸盐膜、氟锆酸盐膜等[811]
（2）表面涂层技术
表面涂层技术的研究比较广泛，主要分为有机涂层、无机非金属涂层和金属涂层三种。金属涂层分为电镀涂层和化学镀涂层两种，主要是在材料表面涂覆上一层金属物质。有机涂层主要是用乙烯树脂、聚氨酯以及橡胶等有机材料在改性材料的表面形成有机涂层防护膜。具体处理例子有表面沉积羟基磷石灰涂层、表面自组装或有机分子固定以及高分子涂层等[1214]，在材料表面上涂覆油脂、油漆和沥青等也可作为过渡时短时间防护的一种处理手段[15]。无机非金属涂层利用了无机非金属材料耐蚀、耐磨、不老化等优异特性，具体应用有陶瓷涂层、热喷玻璃涂层等。
（3）表面改性层
表面改性层是指通过一些工艺改变材料表面的组织结构，具体工艺包括等离子处理、离子注入以及表面热处理等[16,17]。离子注入工艺是在不遵守热力学定律的情况下将离子化的物质粒子注入材料表面。离子注入的文献较少，曾有研究表明在纯镁和镁合金中注入5 X 1016离子后，浸泡在NaCI溶液中时钝化电流明显下降[18]。该研究还表明镁合金中注入低剂量的Fe3+，由于产生微电池而降低镁合金的抗蚀性[19]。Leitao等研究了在纯镁中注入B+等离子和纯镁在KCl溶液中的腐蚀行为之间的关系[20]，结果表明当纯镁中离子注入剂量达到1017ions /cm2时，镁的耐蚀性提高腐蚀电位正移。原因是在溶液中改性镁合金快速形成厚的O/OH层。另外当B+和H+的注入剂量小于1016sions/cm2时，镁的抗蚀性能没有明显的增大。
目录
1 绪论 1
1.1 问题的提出 1
1.2 镁合金的优缺点 1
1.3 提高镁及镁合金耐腐蚀性和生物相容性的主要方法 1
1.3.1合金化 1
1.3.2表面改性 1
1.4 壳聚糖 2
1.5 氧化石墨烯及其功能化 3
1.6 本课题的目的和意义 3
1.7 本课题的技术路线和研究内容 3
2 实验 4
2.1实验材料、试剂和设备 5
2.1.1实验材料 5
2.1.2实验试剂 5
2.1.3实验仪器 5
2.2样品制备 6
2.3肝素化氧化石墨烯的制备 6
2.4镁合金的表面改性 7
2.5材料表面的化学结构 7
2.5.1 ATRFTIR 7
2.5.2表面形貌及EDX分析 8
2.5.3表面亲疏水性 8
2.6材料的耐腐蚀性 8
2.6.1 动电位扫描极化曲线 8
2.7生物相容性表征 8
2.7.1血液相容性 8
2.7.2内皮细胞实验 9
3 结果与讨论 10
3.1 ATRFTIR 10
3.2 表面形貌及EDX 12
3.3材料表面的亲疏水性 12
3.3材 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
料表面的耐蚀性 13
3.4材料的生物相容性 14
结 论 16
致 谢 17
参 考 文 献 18
1 绪论
1.1 问题的提出
最近几年，生物材料飞速发展，由于能够治疗修复人体生物系统而被广泛应用于医药等领域，展现出巨大的发展价值以及极大的发展潜力。镁及镁合金作为新一代医用生物材料具有极大的优势和潜力。镁合金具有良好的力学性能和生物相容性[1]、第三代医用材料的可降解性和生物活性特征[2]。作为可以改善机体功能替代损毁组织的生物材料，镁及镁合金被应用于骨固定材料、整形外科以及血管支架等方面。而且镁及镁合金资源丰富，价格低廉[3]。然而镁的化学性质较为活泼，对人体生理环境的腐蚀敏感，在人体生理环境下极易发生腐蚀，而过快的腐蚀又会使镁合金材料的力学性能和生物相容性能降低，因此，抑制镁及镁合金的腐蚀速度以及提高其生物相容性是目前需要解决的关键问题之一。
1.2 镁合金的优点和缺点
优点：镁合金具有良好的力学性能，能够在人体内逐步降解，且降解产生的镁离子对人体无害，属于人体内的必须离子。在医用生物材料范畴，镁合金具有较高的强度比和刚度比，良好的生物相容性，在新一代的医用植入材料领域展现出极大的潜力。
缺点：镁合金耐腐蚀性太差，在人体内降解速率太快，且在人体内腐蚀后会影响局部范围的PH值变化发生严重的溶血现象。
1.3 提高镁及镁合金耐腐蚀性和生物相容性的主要方法
1.3.1合金化
合金化是指在金属表面诸如各种离子使金属材料的性能产生良好的改善。镁作为医用生物材料合金化，既要考虑对耐蚀性和生物相容性的提高，又要考虑合金化的元素是否会对人体产生有害的影响，医用镁合金的合金化元素一般为人体必需的微量元素或微量无毒元素或生物营养元素，因此对于医用镁合金来说，合金化技术既要一整套完整的工艺设备又有诸多限制，缺点太大。
1.3.2表面改性
对镁合金表面进行改性可以提高镁及其合金耐蚀性能、改善其生物相容性，从而提高使用寿命和医学应用。镁合金表面处理技术主要包括表面涂覆技术、化学转化处理（化学氧化处理）、表面改性处理等方法。
（1）化学转化处理
化学转化处理又称化学氧化处理是镁合金表面改性最常用的方法之一。通过镁合金构件和化学处理液接触发生化学反应，在构件表面形成一层牢固的钝化膜。这层钝化膜不仅能保证镁合金不受水和其他腐蚀介质的影响，并可以使表面膜的PH值转变为中性，从而提高其耐蚀性能[4]。化学转化处理的优点在于设备投资少、工艺简单、成本低[5]。常见的化学转化处理方法有微弧氧化、碱热处理、氟化处理等[6,7]。常见的化学转化膜包括磷酸盐膜、磷酸高锰酸盐膜、多聚磷酸盐膜、氟锆酸盐膜等[811]
（2）表面涂层技术
表面涂层技术的研究比较广泛，主要分为有机涂层、无机非金属涂层和金属涂层三种。金属涂层分为电镀涂层和化学镀涂层两种，主要是在材料表面涂覆上一层金属物质。有机涂层主要是用乙烯树脂、聚氨酯以及橡胶等有机材料在改性材料的表面形成有机涂层防护膜。具体处理例子有表面沉积羟基磷石灰涂层、表面自组装或有机分子固定以及高分子涂层等[1214]，在材料表面上涂覆油脂、油漆和沥青等也可作为过渡时短时间防护的一种处理手段[15]。无机非金属涂层利用了无机非金属材料耐蚀、耐磨、不老化等优异特性，具体应用有陶瓷涂层、热喷玻璃涂层等。
（3）表面改性层
表面改性层是指通过一些工艺改变材料表面的组织结构，具体工艺包括等离子处理、离子注入以及表面热处理等[16,17]。离子注入工艺是在不遵守热力学定律的情况下将离子化的物质粒子注入材料表面。离子注入的文献较少，曾有研究表明在纯镁和镁合金中注入5 X 1016离子后，浸泡在NaCI溶液中时钝化电流明显下降[18]。该研究还表明镁合金中注入低剂量的Fe3+，由于产生微电池而降低镁合金的抗蚀性[19]。Leitao等研究了在纯镁中注入B+等离子和纯镁在KCl溶液中的腐蚀行为之间的关系[20]，结果表明当纯镁中离子注入剂量达到1017ions /cm2时，镁的耐蚀性提高腐蚀电位正移。原因是在溶液中改性镁合金快速形成厚的O/OH层。另外当B+和H+的注入剂量小于1016sions/cm2时，镁的抗蚀性能没有明显的增大。
版权保护: 本文由 hbsrm.com编辑，转载请保留链接: www.hbsrm.com/hxycl/gfzcl/362.html
