摘要可降解镁合金具有与自然骨接近的力学性能,能够有效避免应力遮蔽效应,并且具有良好的生物活性,能够促进新骨生成。然而由于镁合金降解过快,过早丧失力学支撑作用,无法满足其在体内的生物和力学性能的要求。因此,亟需设计一个能够降低镁合金降解速率,同时具有骨免疫调控和促成骨作用的多功能复合涂层。<br> 本研究首先在ZE21C合金表面制备氟化镁涂层,之后在氟化镁涂层上沉积聚多巴胺涂层,最后采用旋涂工艺,以丝素蛋白(SF)和聚(3,4-乙烯二氧噻吩)∶聚(苯乙烯磺酸)(PEDOT∶PSS)作为功能成分,将SF-PEDOT∶PSS涂层通过聚多巴胺的氨基与SF的羧基和PEDOT∶PSS的磺酸基化学结合固定在聚多巴胺涂层上,制备得到具有耐蚀、骨免疫调控和促成骨作用的多功能SF-PEDOT∶PSS复合涂层。<br> 首先,以表面覆盖完整性和电化学耐蚀性能为评判标准,优化得到最优PDA沉积时间为12小时;以表面覆盖完整性、电化学耐蚀性能和电导率为评判标准,优化得到最优SF与PEDOT∶PSS体积混合比为SF∶PEDOT∶PSS=3∶1。结合SEM/EDS、FTIR和XPS综合分析,发现SF-PEDOT∶PSS涂层与PDA涂层发生了化学键合,其中,SF与PDA反应生成-CO-NH-键,而PEDOT∶PSS与PDA反应生成NH3+键;通过白光干涉仪和水接触角测试可知,SF-PEDOT∶PSS复合涂层的粗糙度为523.0nm,水接触角为33.5°,表面亲水,有利于细胞粘附与增殖;纳米划痕实验结果显示,SF-PEDOT∶PSS复合涂层结合力为36.2mN。<br> 其次,在Hanks''溶液中进行电化学测试和浸泡实验来分析涂层的耐蚀性能。电化学测试结果显示,SF-PEDOT∶PSS复合涂层腐蚀电流密度相较ZE21C合金降低1个数量级,自腐蚀电位提高0.107V,容抗弧直径提高1个数量级。失重实验结果显示,SF-PEDOT∶PSS复合涂层的降解速率最低(0.53mm/y),仅为ZE21C合金的63.1%。pH值检测结果显示,浸泡336h时,SF-PEDOT∶PSS复合涂层的pH值仅上升1.08,而ZE21C合金的pH值上升2.38。通过分析腐蚀形貌发现,SF-PEDOT∶PSS复合涂层保持更完好,产生的腐蚀坑数目更少,尺寸更小,深度更浅。通过分析降解产物发现,SF-PEDOT∶PSS复合涂层浸泡后表面的Ca和P元素含量高于其他对照组,SF-PEDOT∶PSS复合涂层表面沉积的钙磷盐较多,具有良好的诱导钙磷盐沉积能力。<br> 最后,从血液相容性、细胞相容性、免疫性能以及成骨性能四个方面对SF-PEDOT∶PSS复合涂层的体外生物相容性进行分析。血液相容性实验结果表明,SF-PEDOT∶PSS复合涂层能够促进血小板粘附和激活以及纤维蛋白原粘附和变性,促进凝血级联反应;SF-PEDOT∶PSS复合涂层溶血率为0.79±0.028%,血液相容性较好。细胞相容性实验结果表明,SF-PEDOT∶PSS复合涂层有利于成骨细胞以及巨噬细胞粘附和增殖。免疫性能实验结果表明,在正常条件和炎性条件下,SF-PEDOT∶PSS复合涂层均促进M2表型因子(IL-4、IL-10和TGF-β1)释放,同时抑制M1表型因子(IL-6和TNF-α)释放,实现巨噬细胞表型转化调控,改善骨免疫微环境。成骨性能实验结果表明,SF-PEDOT∶PSS复合涂层能够提高ALP活性和促进COLⅠ和OCN分泌,具备良好的促成骨性能。<br> 综上所述,本研究成功在ZE21C合金表面制备SF-PEDOT∶PSS导电复合涂层,该涂层具有良好的耐蚀性、免疫调控性能和促成骨性能,给骨植入材料表面改性方案提供了一个新的方向。
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