鎂合金-黃連素-生物復合涂層的研究①

于艷霞， 高艷鑫， 雷月月， 張雪微， 牟立婷,b,*

(佳木斯大學a.藥學院；b.材料科學與工程學院,黑龍江 佳木斯 154007)

0 引 言

創(chuàng)傷骨修復材料是當前骨科領域研究的熱點之一。鎂及其合金在可降解骨植入領域有著廣泛的應用前景和應用的價值，但在應用過程中發(fā)現(xiàn)鎂降解過快并引發(fā)一系列生物問題，這限制了醫(yī)用純鎂及鎂合金應用[1-3]。鎂合金微弧氧化后表面進行載藥封孔，獲得復合涂層的生物活性復合涂層材料，具有抗菌和促進骨生長有作用，在提高了鎂合金生物活性的同時又降低了鎂合金的降解速率，彌補了單一陶瓷涂層材料缺陷的不足。中藥黃連在治療骨折方面具有悠久的歷史，藥理作用廣泛，具有抗炎、抗腫瘤、及抗骨質疏松等作用[4-5]。

1 實驗材料和方法

試驗材料為AZ31鎂合金，尺寸為15mm×15mm×0.5mm及20mm×20mm×lmm的試樣。試樣表面經500#、1000#、1500#、2000#金相砂紙粗磨，清洗，放置于酒精中進行超聲波震蕩，之后用氫氧化鈉、硅酸鈉和氟化鉀為主要成分的電解液試樣超聲微弧氧化處理，清洗，自然晾干后備用。

分別在植酸和硅烷溶液中加入0g/L鹽酸小檗堿、2g/L鹽酸小檗堿、4g/L鹽酸小檗堿、8g/L鹽酸小檗堿放入超聲波儀器中震蕩均勻，經水浴浸沒提拉甩干從而制備鹽酸小檗堿-植酸/硅烷復合涂層，通過掃描電鏡(SEM)、X射線衍射圖譜(XRD)、摩擦磨損試驗、結合力試驗、電化學腐蝕試驗探究了鹽酸小檗堿含量不同對復合膜層表面形貌、表面元素分布、浸泡模擬體液后的X衍射相分析圖、摩擦系數(shù)、結合力、耐蝕性等的影響。

2 實驗結果

2.1 涂層形貌及元素分布

圖1為不同濃度鹽酸小檗堿-植酸-硅烷處理微弧氧化陶瓷涂層表面形貌。0g/L BH+植酸/硅烷處理后，涂層表面存在均勻的微孔，腐蝕介質易腐蝕鎂基體，涂層耐腐蝕性能下降。而經過鹽酸小檗堿處理后，涂層的表面形貌發(fā)生了變化，表面覆上一層膜，孔洞被完整填充，孔洞數(shù)量也相應減少，基本看不見孔隙。當鹽酸小檗堿濃度為4g/L時，表面性能最好，孔洞也最少，且涂層的表面平整而致密。隨著鹽酸小檗堿濃度的增加，涂層表面產生白色顆粒，可能為藥物或其他不溶物。

圖1 不同濃度鹽酸小檗堿-植酸/硅烷

處理涂層浸泡前的表面形貌圖

(a)0g/L BH (b)2g/L BH(c)4g/L BH (d)8g/L BH

從圖2可以看出，涂層主要成分有 Mg、O、Na、Si 、C、P，少量的Ca、P元素。在載藥之后C元素含量驟增，隨著 BH 溶液濃度的增加，C的含量一直上升，這說明是鹽酸小檗堿中的C元素導致涂層中C元素的增加。

圖2 不同濃度鹽酸小檗堿-植酸/硅烷 UMAO

涂層后的表面元素分布圖

(a)0g/L (b)2g/L (c)4g/L (d)8g/L

圖3 不同載藥量的復合生物涂層結合力

2.2 潤濕角

表1是鎂合金UMAO及UMAO-植酸/硅烷及UMAO-植酸/硅烷-鹽酸小檗堿2g/L、4g/L、8g/L處理涂層的接觸角數(shù)值表。

表1 接觸角

UMAO 涂層的接觸角為30.5°，而鹽酸小檗堿濃度為2g/L時接觸角為 29.8°，4g/L時的涂層接觸角為48.4°，8g/L時接觸角為30.3°?？梢?，經過鹽酸小檗堿處理后接觸角變大，隨著鹽酸小檗堿濃度的增加，接觸角有變大趨勢，這主要是因為鹽酸小檗堿濃度變大，封孔效果越好，不利于水的鋪展和吸附。

圖4 模擬體液浸泡7d的涂層表面形貌

圖5 載不同濃度藥物涂層在模擬體液中浸泡不同時期的XRD圖

2.3 涂層結合力

圖3為鎂鎂合金UMAO-PLGA不同載藥量的涂層結合力曲線。從橫坐標可以看出載藥量為2g/L、4g/L、8g/L的PLGA膜層結合力分別為1.1N、1.15N、0.9N。這表明當載藥量為4g/L時，涂層的結合強度最好。

2.4 涂層模擬體液浸泡分析

不同載藥量的涂層表面形貌如圖4所示。與未載藥的涂層相比較，各載藥涂層表面出現(xiàn)更多的白色顆粒狀物質，且當載藥量4g/L時，白色物質更多，孔洞基本消失，表面出現(xiàn)裂紋且有白色不規(guī)則的沉積物覆蓋，并且以分離或者聚集狀的形式不規(guī)則的分布在涂層表面上，可能是有新的物質產生。

根據(jù)圖4中對涂層表面EDS點掃分析，主要存在Ca、P、O、Mg、Si等元素。對復合涂層在模擬體液中浸泡不同時期的XRD相分析如圖5所示。試樣經模擬體液浸泡后的主要相成分為MgSiO3和HA。各試樣在29.793°、49.289°、64.172°均存在HA的峰值，都有HA產生。

3 結 論

(1)鎂合金UMAO 涂層進行植酸/硅烷-鹽酸小檗堿后處理后，涂層表面更為平整致密，孔隙減少，鹽酸小檗堿濃度為4g/L時，涂層結合強度最佳。

(2)鎂合金UMAO 涂層進行植酸/硅烷-鹽酸小檗堿復合生物涂層，接觸角變大，潤濕性減小，耐蝕性能增強，隨著鹽酸小檗堿濃度的增加，接觸角呈上升趨勢，當濃度為4g/L時，接觸角最大，耐蝕性最好。

(3)不同載藥量的復合涂層表面均出現(xiàn)白色顆粒狀物質，說明各涂層均已承載藥物。在模擬體液中浸泡后的各載藥試樣表面均產生大量的HA，說明膜層生物活性優(yōu)異。