【摘要】：鎂及鎂合金是電化學(xué)活性最強(qiáng)的金屬材料之一,其在生理環(huán)境中的可降解性,相對(duì)良好的生物相容性以及優(yōu)良的物理和力學(xué)性能使其成為生物醫(yī)用可降解植入物的合適材料。在多數(shù)情況下,植入材料只需要在人體中暫時(shí)存在,完成組織修復(fù)的功能后,逐漸降解并被完全吸收,因此新一代可降解的鎂合金受到越來(lái)越多的關(guān)注。近年來(lái),有大量工作關(guān)于將鎂及其合金用于心血管支架、骨固定材料、骨修復(fù)多孔支架等領(lǐng)域的研究。然而將鎂合金作為醫(yī)用植入材料,限制其應(yīng)用的主要問(wèn)題在于其過(guò)快的降解速率。由于鎂合金表面的腐蝕主要呈現(xiàn)點(diǎn)蝕的局部腐蝕傾向,因此會(huì)導(dǎo)致鎂合金植入物的局部力學(xué)失效,此外,氫氣的過(guò)快析出和局部pH值過(guò)高也會(huì)導(dǎo)致周?chē)M織的炎癥反應(yīng)和較差的細(xì)胞相容性。提高鎂合金的耐蝕能力,減緩其腐蝕速率一直是被大量研究和探索的難題,目前主要有合金化、機(jī)械加工和表面改性三種方式。其中,表面改性由于其直接高效,并且在提高基底耐蝕能力的同時(shí)可兼顧生物相容性的提高,是其中最受關(guān)注的一種方法。表面改性的方式中,化學(xué)轉(zhuǎn)化沉積是一種操作簡(jiǎn)單且適用于復(fù)雜器械表面改性的方式,因而通過(guò)化學(xué)轉(zhuǎn)化法在生物醫(yī)用鎂合金表面沉積改性涂層是當(dāng)前的研究熱點(diǎn)。但迄今為止,研究者們多數(shù)選擇無(wú)機(jī)成分來(lái)進(jìn)行轉(zhuǎn)化層的沉積,所得到的轉(zhuǎn)化層大多只能作為后續(xù)改性的輔助手段,且部分轉(zhuǎn)化層中含有一些生物相容性欠佳的無(wú)機(jī)金屬鹽等成分,不利于鎂基底生物相容性的提高。因而,開(kāi)發(fā)一種新型、綠色環(huán)保且具有較好的生物相容性的轉(zhuǎn)化層,來(lái)滿(mǎn)足臨床上對(duì)鎂合金植入材料生物相容性的要求是十分必要的。基于茶多酚特有的抗炎、抗氧化等功效,茶多酚可以與金屬絡(luò)合形成穩(wěn)定絡(luò)合物以及酚羥基氧化后可與氨基發(fā)生邁克爾加成和席夫堿的反應(yīng)機(jī)理,本文主要在鎂合金表面構(gòu)建了多種由茶多酚介導(dǎo)的有機(jī)轉(zhuǎn)化層,評(píng)價(jià)了其減緩基底腐蝕速率和提高體內(nèi)外生物相容性的能力,且在后續(xù)引入生物分子并探索了其在特定植入環(huán)境中的應(yīng)用潛力。論文主要內(nèi)容如下:(1)茶多酚轉(zhuǎn)化層在鎂合金表面構(gòu)建的工藝探索。該部分主要對(duì)鎂合金表面沉積多酚轉(zhuǎn)化層進(jìn)行了工藝摸索,分別比較了四種茶多酚組分、三種鎂基底、不同時(shí)間、溫度、濃度、pH值對(duì)鎂合金表面多酚轉(zhuǎn)化層的成膜和耐蝕行為的影響。多酚分子的結(jié)構(gòu)會(huì)影響各金屬絡(luò)合物之間的連接,從而對(duì)轉(zhuǎn)化層的覆蓋程度產(chǎn)生影響;多酚轉(zhuǎn)化層對(duì)不同鎂合金耐蝕能力的提高存在差異,說(shuō)明基底的合金成分或其他因素會(huì)影響轉(zhuǎn)化層的形成;時(shí)間、溫度、濃度和pH值對(duì)多酚轉(zhuǎn)化層的形成也有較大影響。本研究通過(guò)成膜后形貌和電化學(xué)腐蝕評(píng)價(jià),發(fā)現(xiàn)EGCG轉(zhuǎn)化層具有最好的耐蝕能力,而CA轉(zhuǎn)化層的耐蝕能力最差,在MgZnMn表面構(gòu)建EGCG轉(zhuǎn)化層的最佳工藝參數(shù)為:2.5mg/mL,20℃,12h,pH=8.5。本章結(jié)果并為后續(xù)研究中的沉積工藝提供指導(dǎo)。(2)EGCG轉(zhuǎn)化層在生物醫(yī)用鎂合金表面的構(gòu)建與研究。EGCG是綠茶茶多酚的主要組成成分,具有抗菌、抗氧化、抗炎等多種功能,并且它在MgZnMn合金表面制備的轉(zhuǎn)化層具有較好的耐蝕行為,該部分研究在MgZnMn表面通過(guò)簡(jiǎn)單的浸泡法制備EGCG轉(zhuǎn)化層,進(jìn)一步深入分析轉(zhuǎn)化層的形成機(jī)理,改性層的理化性質(zhì),耐腐蝕能力以及體內(nèi)外生物相容性。電化學(xué)結(jié)果顯示,MgZnMn自腐蝕電流密度為64.57 μA/cm2,而改性后樣品自腐蝕電流密度明顯降低,特別是MgZnMn-2.5EGCG的自腐蝕電流密度最低,為0.03μA/cm2。浸泡實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,MgZnMn在浸泡了 320h后,析出約25 ml/cm2的氫氣,明顯多于EGCG改性后樣品的析氫量。成膜機(jī)理和耐蝕行為的研究發(fā)現(xiàn),該轉(zhuǎn)化層中的EGCG-金屬絡(luò)合物成分是其具有耐蝕能力的主要原因,而EGCG轉(zhuǎn)化液的濃度直接影響轉(zhuǎn)化層中的EGCG-金屬絡(luò)合物含量。通過(guò)體外生物相容性評(píng)價(jià)發(fā)現(xiàn),鎂合金表面制備濃度較低的EGCG轉(zhuǎn)化層時(shí),由于減緩了基底的腐蝕速率,可以改善裸材表面的內(nèi)皮細(xì)胞生長(zhǎng)狀態(tài),而轉(zhuǎn)化層中EGCG濃度過(guò)高,會(huì)產(chǎn)生一定的細(xì)胞毒性。EGCG在鎂合金表面形成轉(zhuǎn)化層后,仍然保持了其抗炎的功效,對(duì)于巨噬細(xì)胞炎癥因子的釋放有一定的抑制作用,皮下植入后,改性后樣品的囊壁厚度為70±6μm,MgZnMn 的囊壁厚度為 180±32 μm。(3)二元酚胺交聯(lián)轉(zhuǎn)化層在生物醫(yī)用鎂合金表面的構(gòu)建及其在心血管材料中的應(yīng)用研究。該部分的研究提出一種在酚類(lèi)轉(zhuǎn)化液中引入PEI,來(lái)克服單純酚類(lèi)轉(zhuǎn)化層的缺陷的方法。多酚與PEI可由酚羥基氧化后與氨基發(fā)生邁克爾加成和席夫堿的反應(yīng)發(fā)生酚胺交聯(lián)。簡(jiǎn)而言之,就是將具有最簡(jiǎn)兒茶酚結(jié)構(gòu)的CA和富含胺基的枝化PEI共同在鎂合金表面沉積,制備具有交聯(lián)網(wǎng)狀的酚胺交聯(lián)轉(zhuǎn)化層。引入支化大分子PEI后,可增強(qiáng)各結(jié)構(gòu)單元之間的結(jié)合,從而減少開(kāi)裂,增強(qiáng)防腐蝕能力。電化學(xué)阻抗圖譜顯示,MgZnMn-CA/PEI在所有轉(zhuǎn)化層樣品中Rct值最大(13.9 kΩ/cm2),MgZnMn-CA為5.35 kΩ/cm2,MgZnMn-PEI為3.77 kΩ/cm2。更重要的是,該酚胺交聯(lián)轉(zhuǎn)化層可以在表面提供更多的氨基、酚羥基和醌基,這些官能團(tuán)可以將多種生物分子固定在鎂合金表面,使得鎂植入物獲得抗凝、抗炎、促內(nèi)皮等多種生物學(xué)功能,約70 μg/cm2的肝素固定在MgZnMn-CA/PEI表面。在接枝肝素后,進(jìn)行了相關(guān)的生物相容性評(píng)價(jià),該轉(zhuǎn)化層表現(xiàn)出良好的抗凝血、血管內(nèi)減緩鎂基底腐蝕和抑制增生形成的功能。(4)基于層層自組裝模型的二元交替生長(zhǎng)的生物醫(yī)用鎂合金轉(zhuǎn)化層的研究。利用層層自組裝的模型,本章在MgZnMn合金表面,通過(guò)酚胺層層交替沉積的方式制備EGCG/PEI的轉(zhuǎn)化層。該方法將EGCG和金屬的絡(luò)合,EGCG和PEI的交聯(lián)等反應(yīng)集中到樣品表面,可避免溶液中大量無(wú)效沉積的發(fā)生。該方法可以明顯改善涂層的結(jié)合力,提高耐蝕能力且具有很強(qiáng)的可控性,可以通過(guò)控制酚胺交替沉積的次數(shù),調(diào)控其耐蝕能力和對(duì)內(nèi)皮、平滑肌、成骨和巨噬細(xì)胞的生長(zhǎng)影響,隨沉積次數(shù)從MgZnMn-1L增加至MgZnMn-7L,轉(zhuǎn)化層膜厚增加,耐蝕行為增強(qiáng),而MgZnMn-9L由于結(jié)合力下降導(dǎo)致耐蝕能力減弱。皮下植入后,改性后樣品相比較于裸材的重量損失降低了約60%。并且,改性后樣品具有抗炎作用,可抑制植入物周?chē)w維囊的增厚,相比于裸材周?chē)睦w維囊厚度減薄約100 μm左右。EGCG/PEI轉(zhuǎn)化層可實(shí)現(xiàn)在生物醫(yī)用鎂合金表面構(gòu)建多功能改性平臺(tái)。綜上所述,本文選擇茶多酚組分,借助茶多酚與金屬離子的絡(luò)合作用,在鎂合金表面構(gòu)建多酚轉(zhuǎn)化層,對(duì)沉積工藝進(jìn)行了合理優(yōu)化,分別在鎂合金表面制備了 EGCG轉(zhuǎn)化層和CA/PEI酚胺交聯(lián)轉(zhuǎn)化層兩種有機(jī)轉(zhuǎn)化層,并對(duì)其進(jìn)行了理化性質(zhì)、耐蝕行為以及體外與體內(nèi)生物相容性評(píng)價(jià)。在此基礎(chǔ)上,提出了通過(guò)層層交替沉積的方法進(jìn)行鎂合金表面EGCG/PEI酚胺交聯(lián)轉(zhuǎn)化層的構(gòu)建,并通過(guò)理化性質(zhì)、體外耐蝕行為和細(xì)胞相容性對(duì)其進(jìn)行了初步評(píng)價(jià),結(jié)果顯示EGCG/PEI轉(zhuǎn)化層具有生物醫(yī)用鎂合金表面構(gòu)建多功能改性平臺(tái)構(gòu)建的潛力。本文為將茶多酚類(lèi)物質(zhì)用于生物醫(yī)用鎂合金的表面改性提供了重要的數(shù)據(jù)支持,也為生物醫(yī)用鎂合金的表面改性提供了新思路。
【學(xué)位授予單位】：西南交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：R318.08;TG174.4
【圖文】：

著長(zhǎng)期的使用［９１］。有研究顯示，茶多酚類(lèi)物質(zhì)可以用于形成自發(fā)、多功能及不依賴(lài)底逡逑物的納米涂層的前體［９２＿９５］。這些研宄揭示了綠茶兒茶素（ＥＧＣ和ＥＧＣＧ），單寧酸（ＴＡ）逡逑和鄰苯三酚（ＰＧ）均具有形成粘附性薄膜的潛力（圖１－４），且該類(lèi)涂層具有吸收紫外逡逑及清除自由基等功能［９６，９７］。茶多酚能夠在不同材料的表面成膜主要是由于鄰苯二酚結(jié)逡逑構(gòu)的粘附能力和多酚的氧化自聚合。逡逑眾所周知，貽貝總是能夠牢牢地粘附在巖石、船體、纜繩等固體表面，形成抗水逡逑

耐受風(fēng)浪沖刷。近年研究揭示了其中的奧秘，發(fā)現(xiàn)貽貝足絲中的左旋多巴正逡逑是其能夠黏附在不同材料表面的原因，而左旋多巴分子的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)，即鄰苯二酚，其逡逑中的酚羥基會(huì)和巖石、船殼等固體物質(zhì)的表面結(jié)合在一起，如圖１－５，。由于氫鍵和與逡逑金屬配位的穩(wěn)定二齒模式，鄰苯二酚結(jié)構(gòu)對(duì)多種金屬及金屬氧化物表面有很強(qiáng)的結(jié)合逡逑能力［９８］。目前己有大量關(guān)于兒茶酚類(lèi)化合物在金屬表面的配位化學(xué)研究工作［９９＿１（）２］。鄰逡逑苯二酚結(jié)構(gòu)與金屬表面的結(jié)合受到ｐＨ值的影響，隨著ｐＨ值的增加，一方面會(huì)加劇酚逡逑羥基的氧化，導(dǎo)致粘附能力下降；而另一方面又會(huì)增強(qiáng)酚羥基與金屬的配位能力，使逡逑得酚類(lèi)物質(zhì)與基底的結(jié)合力增加。在兩種競(jìng)爭(zhēng)效應(yīng)的共同作用下，顯示在ｐＨ為７．５逡逑左右的情況下，粉類(lèi)物質(zhì)可以在金屬表面產(chǎn)生較高的結(jié)合力［１（）３］。逡逑Ａ邐ＰＰＳ邋ＳＳ邋ＰＣ邋Ｎｙｌｏｎ邋ＰＤＭＳ邋ＰＴＦＥ邋ＰＥＥＫ邋ＰＳ邋Ａｕ邋Ｓｉ０２逡逑Ｂａｒｅ逡逑—邐－邋１逡逑＋邋Ａｇ＋邐Ｈｊ邐ｉ邋，邐ｈｈ逡逑「ｐｉｄｉａｌｃ＇．ｌ」，卜：丨邋＿丨＿丨逡逑Ｂ邐？逡逑１００％邐邐？…？^�？？…？？逦２．５辶x希玨�？逦？邋？辶x希掊澹福埃ュ澹巍鰣危咤澹玻板義希

本文編號(hào)：2794191