生物可降解镁合金表面涂层研究综述

 金属镁及其合金具有良好的力学相容性和生物相容性，被誉为革命性的新一代生物材料或第三代生物材料。然而，镁合金较高的活性和较低的耐蚀性导致其降解速率和成骨速率不能适配。镁合金不可控降解限制了其在临床医学上的应用。表面功能化改性是提高生物医用镁合金耐蚀性和生物相容性等性能的主要途径。

 近日，山东科技大学曾荣昌教授及其合作者总结了最近20多年来生物可降解镁合金表面涂层研究进展，建立了可降解镁合金表面改性涂层的知识框架体系。根据学科特性来分，涂层包括机械、化学、物理和生物涂层；根据功能来分，涂层包括可降解、生物活性、抗菌、自清洁、自愈合、自牺牲、药物释放、生物适配和生物相容涂层。本文从能量和物理学视角来对涂层分类，建立了涂层之间的关联体系；还构建了磷酸盐转化膜涂层体系。系统地介绍了转化膜、沉积膜、机械涂层和功能涂层的性质、制备方法和面临的问题。重点介绍了化学转化膜（磷酸盐转化膜，氟化物转化膜，植酸转化膜）、离子液体转化膜、仿生和生物矿化涂层、碱热处理转化膜、微弧氧化（阳极氧化）涂层和水热涂层的制备方法、性能及面临的问题。

图1 生物医学镁合金表面涂层方法的分类和相互联系

 镁合金化学转化膜是由镁基体与成膜液间通过化学反应形成的，通常在水溶液中进行，过程包含金属溶解和沉淀物析出。由于基体直接参与成膜过程，涂层和基体之间的结合力比较强，可以作为一种提高外层与镁合金基体结合力的打底层；

 镁合金沉积涂层是指其基底不参与涂层形成的非原位涂层，基体与涂层之间是由分子间力（如静电力、氢键等）和机械力来连接。由于沉积层与基体结合力弱，不适合作为中间层，一般多用作最外层或功能层。沉积涂层的成分是灵活多样的，具有良好的生物活性，可以作为复合涂层的表面层，实现涂层的多功能化。本文介绍了共沉积涂层、物理气相沉积涂层、原子层沉积涂层、电沉积涂层和简单的浸渍涂层。

 镁合金机械涂层是指在严重塑性变形过程中产生的变形表面和亚表面，制备过程中不涉及化学反应。在不引入任何物质（如沉积矿物和附着有机物）的情况下，获得了一层不同于原始表面的精细结构。重点介绍了搅拌摩擦加工和喷丸处理两种机械处理涂层方法。与传统的化学涂层相比，机械涂层与基体具有更好的结合力。此外，经过机械加工的表面层可以进行进一步的化学后处理，进一步实现各种功能。

 本文也介绍了满足医用镁合金各种需求的多功能复合涂层。可降解生物医用镁合金表面理想的功能涂层应具备自降解、生物活性或生物相容性、抗菌和载药等性能，腐蚀速率的可控性也是关键。为了使涂层具备以上一种或多种功能，介绍了多种涂层的复合策略和方法。其中包括自催化/自降解涂层、生物活性/生物相容性涂层、抗菌涂层、载药涂层和复合涂层。

 可降解生物医用镁合金表面理想的涂层材料应具有耐腐蚀、自降解、生物相容性和载药性能等功能，但是目前很难同时达到以上效果。尤其对于可降解的医用镁合金作为植入材料，要达到可控腐蚀速率的效果是相当困难的。因此，生物医用镁合金涂层的发展仍然面临着巨大的挑战。

 同时指出镁合金阳极型涂层或许是镁合金植入材料的理想选择。基体表面阳极型涂层会优先降解，保持基体金属早期不发生明显腐蚀并保持一定的力学强度，并实现可控降解。

中文摘要

生物医用镁及其合金由于耐蚀性差，在临床上的应用受到很大限制。除元素合金化之外，表面改性和功能化是提高镁合金耐蚀性的主要途径。本文总结了最近二十年来镁合金表面可生物降解涂层的最新研究进展，试图建立一个可降解镁合金表面改性涂层的知识框架体系；讨论了转化膜、沉积膜、机械涂层和功能涂层的性质，其制备方法和面临的问题；重点介绍了化学转化和沉积涂层的组成，以及如何解决单一生物医用材料涂层的附着力、耐腐蚀性和生物相容性不足等问题；讨论了复合涂层结构和功能一体化的综合问题。

Abstract

The clinic applications of bioabsorbable magnesium (Mg) and its alloys have been significantly restricted owing to their poor corrosion resistance. Besides elemental alloying, surface modification and functionality is a major approach to increasing corrosion resistance for magnesium alloys. This article reviews the cutting-edge advances and progress of biodegradable surface coatings upon Mg alloys over the last decades, aims to build up a knowledge framework of surface modification on biodegradable Mg alloys. A considerable number of conversion, deposition, mechanical and functional coatings and their preparation methods are discussed. The emphasis has been placed on the composition of chemical conversion and deposited coatings to overcome the disadvantages of adhesion, corrosion resistance and biocompatibility of a single coating for biomedical materials. The issues have been addressed on the integration of the structural and functional factors of the composite coatings.

链接：生物可降解镁合金表面涂层研究综述