血管支架介入治療,是目前治療冠心病的常規(guī)方法[1]
傳統(tǒng)的血管支架大多用醫(yī)用不銹鋼、鈦及鈦合金、鈷鉻合金等惰性金屬制作,植入人體后易發(fā)生支架內再狹窄等并發(fā)癥[2,3]
為了避免出現支架內再狹窄,可降解金屬心血管支架材料受到了極大的關注
鎂是人體必須的微量元素,具有良好的生物相容性,可用于制作心血管支架[4]
但是,鎂合金心血管支架的降解速率過高
鎂合金的合金化、特殊成型工藝和表面改性,可提高其耐蝕性
鎂合金的表面改性方法,主要有化學轉化涂層[5,6]、陽極氧化涂層(微弧氧化涂層)[7,8]等
用不同的表面改性手段制備的防護涂層,其性能不同
可生物降解聚合物的種類較多,有聚外消旋乳酸(PDLLA)[9]、聚乳酸—羥基乙酸共聚物(PLGA)[10]、聚左旋乳酸(PLLA)[11]、聚己內酯(PCL)等
可降解聚合物在人體內發(fā)生水解反應生成低分子量聚合物,然后水解生成水和二氧化碳[12]
可降解聚合物對人體的影響較小,因此生物可降解聚合物不僅可用作可降解心血管支架基材,還可用作心血管支架表面的可降解涂層材料
等離子體技術是近年來發(fā)展的一種表面改性技術,用粒子(電子、離子和中性原子)激發(fā)、電離或破壞反應物分子產生一系列蝕刻、聚合、交聯和其他復雜的物理和化學效應,從而提高材料表面的性能[13]
其主要原理是:用處于低壓狀態(tài)的氣體(如氧氣、氮氣、氬氣等)分子通過輝光放電沖擊材料表面,在表面生成新的活性官能團,從而改變其性能[14]
目前,等離子技術已應用于聚丙烯[15]、
碳纖維等材料表面的改性
本文使用可降解聚合物——聚己二酸丁二醇酯(PBA)在AZ31鎂合金表面制備防護涂層,采用等離子技術改變涂層材料的表面性能,對比分析等離子處理前后防護涂層的微觀形貌、表面浸潤性、耐蝕性,以及細胞的增殖和粘附性能
1 實驗方法1.1 實驗用材料和防護涂層的制備
實驗用AZ31鎂合金圓片狀基體的直徑為10 mm,化學成分列于表1
將AZ31鎂合金棒材線切割成厚度為4 mm的樣品圓片,然后分別用400#、800#、1000#、1200#、1500#和2000#的水磨砂紙打磨使其表面光滑且呈現金屬光澤
將打磨好的樣品放入無水乙醇中并置于超聲清洗器中輔助清洗,吹干后在干燥條件下保存
Table 1
表1
表1AZ31鎂合金的化學成分
Table 1Chemical composition of AZ31 magnesium alloy (mass fractiom,%)
Materials
|
Al
|
Si
|
Ca
|
Zn
|
Mn
|
Fe
|
Cu
|
Ni
|
Mg
|
AZ31
|
2.5~3.5
|
0.08
|
0.04
|
0.6~1.4
|
0.2~1.0
|
0.003
|
0.01
|
0.001
|
Bal.
|
將打磨好的樣品放入濃度為40%的氫氟酸中,在30℃恒溫水域中氟化處理12 h
用流水沖洗樣品表面以去除殘留的酸液,晾干后待用
采用二氯甲烷作為溶劑,配制質量濃度為12%的聚己二酸丁二醇酯(PBA)溶液,用勻速提拉法在預處理后的樣品表面制備PBA防護涂層,提拉速度為0.2 mm/s,提拉次數為15次
將自然晾干后的樣品置于75℃烘箱中處理20 min,以消除樣品表面的孔隙等缺陷
將表面有PBA涂層的鎂合金樣品置于等離子表面處理設備(CIF,CPC-B-13.56)中,采用不同處理時間和功率對樣品進行表面活化處理
等離子處理的氣體為氧氣
1.2 性能表征
測試經等離子處理前后的PBA防護涂層的X射線光電子能譜(X-ray photoelectron spectroscopy, XPS)和傅里葉紅外(Fourier transform infrared, FT-IR),以表征涂層樣品表面的物質組成
使用XPSPEAK41分峰軟件對XPS數據進行分峰擬合處理;使用OMNIC軟件對FT-IR數據進行特征峰歸屬分析
用掃描電子顯微鏡(Scanning electron microscope, SEM)觀察等離子處理前后PBA防護涂層的微觀形貌
使用接觸角測量儀測量等離子處理前后PBA防護涂層,分析涂層樣品表面的浸潤性,去離子水為測試液體,單次測試液體積為3 μL
選取試樣的三個不同位置測試接觸角,取三次測量結果的平均值±標準差作為該試樣的接觸角數值
測試動電位極化曲線(Potentiodynamic polarization, PD)和
電化學阻抗譜(Electrochemical impedance spectrum, EIS)以表征經防護涂層處理鎂合金的耐蝕性,使用標準三電極體系,參比電極為飽和甘汞電極,輔助電極和工作電極分別為鉑電極和測試面積為0.785 cm2的試樣,測試溫度為25℃
測試溶液為磷酸鹽緩沖溶液(PBS)(pH=7.4±0.2),其成分列于表2
Table 2
表2
表2PBS溶液的配方
Table 2PBS solution formulation (g/L)
NaCl
|
KCl
|
Na2HPO4·12H2O
|
KH2PO4
|
8.0
|
0.2
|
2.89
|
0.2
|
動電位極化曲線的測試參數:初始電位為-0.5 V(相對開路),終止電位為1.0 V(相對開路),掃描速度為1 mV/s
電化學阻抗譜的測試條件:初始頻率為10 kHz,終止頻率為0.01 Hz,直流電位0 V(相對開路),交流幅值5 mV
使用Gamry Echem Analyst軟件對極化曲線,得到自腐蝕電位Ecorr (V)和自腐蝕電流Icorr (A/cm2)
使用ZSimpWin軟件擬合防護涂層的阻抗值
用體式顯微鏡觀察動電位極化測試后試樣表面的宏觀形貌
使用人臍靜脈內皮細胞(Human umbilical vein endothelial cells,HUVECs)評價未經等離子處理前后PBA防護涂層樣品表面的細胞黏附
對PBA防護涂層等離子處理的功率為60 W,處理時間為60 s
樣品準備:將兩組試樣(每組3個平行試樣)置于紫外燈下進行滅菌處理,正反兩面各0.5 h;滅菌后置于24孔板中,用PBS漂洗三次并棄去漂洗液
細胞共培養(yǎng):將密度為5×105 cell/L、體積為1 mL的細胞懸液加到每個孔中靜置5 min;隨后置于37℃的恒溫培養(yǎng)箱(CO2氣體濃度為5%)中培養(yǎng)24 h,然后將其中的細胞培養(yǎng)液棄去,用PBS溶液漂洗試樣以除去未黏附在試樣表面的細胞
細胞固定/脫水:漂洗后,加入體積分數為2.5%的戊二醛溶液經黏附在試樣表面的細胞固定,然后將其置于4℃的冰箱中固定2 h,細胞固定后棄去戊二醛溶液并使用蒸餾水輕輕漂洗;隨后依次用體積分數為50%、75%、95%、100%的乙醇水溶液逐級脫水,每一級脫水10 min,脫水結束后,將試樣置于干燥處晾干
將干燥的樣品噴金后使用SEM觀察黏附在材料表面的細胞數量和形態(tài)
2 實驗結果2.1 等離子處理前后防護涂層的表面形貌
圖1給出了等離子處理前后PBA防護涂層的表面形貌
從圖1a可見,未經等離子處理的PBA防護涂層表面較為平整,光滑
圖1b和c分別給出了功率為20 W、時間為60 s和功率為60 W、時間為60 s的等離子處理后的表面形貌
可以看出,經等離子處理后表面出現一定程度的“龜裂”,功率從20 W提高到60 W使PBA防護涂層的表面變得更加粗糙
圖1
圖1等離子處理前后PBA防護涂層的微觀形貌
Fig.1Microscopic morphology of PBA protective coating before and after plasma treatment (a) without plasma treatment; (b) plasma treatment power of 20 W for 60 s; (c) plasma treatment power 60 W for 60 s
2.2 等離子處理前后防護涂層中氧元素的含量以及含氧官能團的種類
圖2給出了為防護涂層表面經60 W/60 s、60 W/180 s和60 W/300 s條件下等離子處理后的XPS譜
等離子處理前后防護涂層中C和O元素占比列于表3
可以看出,在功率一定時,隨著等離子處理時間的延長氧元素的占比有所提高
圖2
圖2等離子處理前后防護涂層的XPS譜
Fig.2XPS patterns of protective coatings before and after plasma treatment
Table 3
表3
表3等離子處理前后防護涂層中C和O元素的占比
Table 3Proportion of C and O elements in protective coatings before and after plasma treatment
Sample status
|
Element
|
Integral area
|
Proportion of each element
|
Without plasma treatment
|
C1s
|
88447.19
|
48.66%
|
O1s
|
93320.84
|
51.34%
|
Treated with 60 W powerfor 60 s
|
C1s
|
90286.26
|
43.75%
|
O1s
|
116098.74
|
56.25%
|
Treated with 60 W power for 180 s
|
C1s
|
89516.24
|
40.84%
|
O1s
|
129666.1
|
59.16%
|
Treated with 60 W power for 300 s
|
C1s
|
85391.16
|
40.15%
|
O1s
|
127311.63
|
59.85%
|
將傅里葉紅外測試(FT-IR)與XPS相結合,進一步分析了等離子處理前后防護涂層中含氧官能團的變化
圖3給出了FT-IR譜,可見等離子處理未后出現新的官能團
圖4a和4c中C1s的XPS譜可擬合為三個峰,其結合能分別為283.8、284.5和287.1 eV,分別對應C—C、C—O和C=O鍵;圖4b和4d中的O1s可擬合為兩個峰,其結合能分別為529.5和531.2 eV,分別對應C—O和C=O鍵
表4列出了含氧官能團分峰后的積分面積
可以看出,經等離子處理后涂層中O元素的積分面積有所增加,其中C=O鍵的積分面積由等離子處理前的36461.42顯著增加到66846.13
圖3
圖3不同等離子處理后防護涂層的FT-IR譜
Fig.3FT-IR patterns of protective coatings after different plasma treatments
圖4
圖4未經等離子處理的PBA涂層和經60 W/300 s等離子處理的PBA涂層中C和O元素的分峰處理
Fig. 4Partitioning of C and O elements of unplasma-treated PBA coating and 60 W/300 s plasma-treated PBA coating (a, b) peak separation of C and O elements of PBA coating without plasma treatment and (c, d) peak separation of C and O elements of PBA coating with 60 W/300 s plasma treatment
Table 4
表4
表4分峰后各含氧官能團的積分面積
Table 4Integral area and proportion of each oxygen-containing functional group after peak splitting
Sample group
|
C—O integral area
|
Proportion of C—O
|
C=O integral area
|
Proportion of C=O
|
Without plasma treatment
|
54677.86
|
59.99%
|
36461.42
|
40.01%
|
Plasma treatment power
of 60 W for 300 s
|
55343.81
|
45.29%
|
66846.13
|
54.71%
|
2.3 等離子處理前后防護涂層表面的潤濕性
圖5給出了功率為60 W等離子處理不同時間(20、40、60、180和300 s)后防護涂層表面的靜態(tài)水接觸角和水滴形狀
如圖5所示,原始PBA涂層的水接觸角為72.50°±0.95°;等離子處理20 s后防護涂層的接觸角降低到56.82°±1.47°;等離子處理300 s防護涂層的接觸角降低到42.51°±1.07°
這些結果表明,在功率相同的條件下,隨著處理時間的延長防護涂層表面的接觸角呈逐漸減小的趨勢
圖5
圖5等離子功率相同處理時間不同的PBA涂層的接觸角和水滴形狀
Fig.5Contact angle and water droplet pattern of PBA coating with and without plasma treatment for different time
圖6給出了功率分別為20、40、60、90和120 W,處理時間恒定為300 s等離子處理的防護涂層表面的接觸角和水滴圖形
可以看出,功率為20、40和60 W時防護涂層表面的接觸角隨著功率的提高逐漸減小,功率為60 W時接觸角最小,達到42.51°±1.07°
功率繼續(xù)增大則接觸角隨之增大,但是仍小于未經等離子處理的樣品
圖6
圖6未經等離子處理的PBA涂層和功率不同的等離子處理相同時間的PBA涂層的接觸角和水滴形狀
Fig.6Contact angle and water droplet pattern of PBA coating with and without plasma-treatment at different power for same time
發(fā)生在拐點后的現象是由于這種PBA防護涂層的熔點較低(Tm=60℃[16]),功率較高(90和120 W)時在等離子處理過程中釋放的熱量使涂層重新熔覆,從而使接觸角增大
但是在總體上經等離子處理的PBA防護涂層其表面的接觸角均比處理前的小,表明表面潤濕性得到了不同程度的改善
2.4 等離子處理對耐蝕性的影響
圖7給出了不同功率等離子處理不同時間氟化涂層+PBA防護涂層AZ31鎂合金的動電位極化曲線,以AZ31鎂合金基體和氟化處理鎂合金為對照組
用Tafel外推法和曲線擬合,計算相應的材料腐蝕數據,結果列于如表5
年腐蝕速率[17]為
Pi=22.85×Icorr
圖7
圖7用不同等離子處理后PBA防護涂層鎂合金的Tafel曲線
Fig.7Tafel curves of Mg alloy with PBA protective coatings after different plasma treatments
其中Pi為腐蝕速率(mm/a),Icorr為自腐蝕電流密度(μA?cm-2)
從表5可見,AZ31鎂合金基體的自腐蝕電流密度為1.28×10-5 A?cm-2,氟化處理后Icorr降低至2.07×10-6 A?cm-2;等離子處理前氟化處理+PBA防護涂層處理后的Icorr降低至4.92×10-9 A?cm-2,經不同功率的等離子處理不同時間后氟化處理+PBA防護涂層的Icorr的數量級均為10-8 A?cm-2;其中等離子功率為60 W、處理時間為60 s的PBA防護涂層其的Icorr為1.034×10-8 A?cm-2
Icorr越小,則材料的耐腐蝕性越好[18]
這表明,PBA防護涂層經功率為60 W的等離子處理60 s后,其耐蝕性降低的程度較低
Table 5
表5
表5用不同等離子處理后PBA防護涂層鎂合金的動電位極化曲線擬合結果
Table 5Fitting results of dynamic potential polarization curves of Mg alloy with PBA protective coatings after different plasma treatments
Samples
|
Mg
|
F
|
PBA
|
60 W/20 s
|
60 W/40 s
|
60 W/60 s
|
60 W/180 s
|
60 W/300 s
|
90 W/300 s
|
120 W/300 s
|
Icorr/A?cm-2
|
1.280×10-5
|
2.070×10-6
|
4.920×10-9
|
3.096×10-8
|
1.149×10-8
|
1.034×10-8
|
1.216×10-8
|
2.385×10-8
|
3.162×10-8
|
3.664×10-8
|
Ecorr / V
|
-1.50
|
-1.51
|
-1.52
|
-1.66
|
-1.61
|
-1.58
|
-1.63
|
-1.64
|
-1.66
|
-1.67
|
Pi / mm?a-1
|
29.248
|
4.72
|
0.0112
|
0.0707
|
0.0263
|
0.0236
|
0.0278
|
0.0545
|
0.0723
|
0.0837
|
圖8給出了等離子處理前后PBA防護涂層測試動電位極化曲線后試樣表面的宏觀形貌
圖8a給出了為等離子處理前PBA防護涂層樣品經動電位極化曲線測試后試樣表面的宏觀形貌
可以看出,電化學極化測試后PBA防護涂層出現破裂缺陷,但沒有明顯的脫落;這表明,在反應初期鎂合金基體沒有與PBS介質直接接觸而發(fā)生反應
圖8b給出了功率為60 W、等離子處理時間為60 s的PBA防護涂層樣品經動電位極化曲線測試后試樣表面的宏觀形貌
可以看出,等離子處理使涂層發(fā)生嚴重的破裂和脫落,腐蝕介質通過這些缺陷達到基體表面,腐蝕產物堆積而使防護涂層繼續(xù)剝離和脫落
圖8
圖8等離子處理前后PBA防護涂層鎂合金電化學測試后的宏觀形貌
Fig.8Macroscopic morphologies of Mg alloy with PBA protective coating after electrochemical measurement (a) before plasma treatment; (b) after plasma treatment
圖9給出了不同等離子處理后PBA防護涂層處理鎂合金的Nyquist曲線
在EIS中,阻抗弧的產生與鎂合金腐蝕過程中電荷轉移的難易程度有關
阻抗弧半徑越大,表明腐蝕過程中電荷越難通過腐蝕膜層,合金的耐腐蝕性能越高[19]
圖9中阻抗弧的半徑表明,未經等離子處理的PBA防護涂層的耐蝕性最好,與圖7中的動電位極化曲線相符
鎂合金基體和經氟化處理后的鎂合金對照組的耐蝕性最差,其中鎂基體出現低頻感抗弧,表明鎂基體在PBS溶液中的腐蝕最嚴重深
經等離子處理后PBA防護涂層鎂合金的Nyquist曲線阻抗弧半徑減小了,說明等離子處理使后耐蝕性降低;但是,等離子處理的PBA涂層樣品的阻抗弧半徑遠大于鎂合金基體和氟化處理后鎂合金的阻抗弧半徑,表明等離子處理使PBA防護涂層處理鎂合金的耐蝕性稍有降低
圖9
圖9不同等離子處理后PBA防護涂層處理鎂合金的Nyquist曲線
Fig. 9Nyquist curves of Mg alloy with PBA protective coatings after different plasma treatments
為進一步研究等離子處理前后防護涂層處理鎂合金的耐蝕性及PBA防護涂層的防護機理,對阻抗譜進行等效電路(EC)擬合
等效電路模型如圖10所示,擬合結果列于表6
圖10
圖10鎂合金基體和氟化處理的鎂合金以及氟化涂層+PBA防護涂層處理鎂合金的等效電路模型
Fig.10Equivalent circuit model (a) equivalent circuit diagram of magnesium alloy substrate and fluorinated magnesium alloy; (b) equivalent circuit diagram of magnesium alloy with floride coating & PBA protective coating
Table 6
表6
表6不同等離子處理后PBA防護涂層樣品的等效電路擬合結果
Table 6Equivalent circuit diagram fitting results of samples with PBA protective coatings after different plasma treatments
Samples
|
Rs / Ω?cm2
|
C / F?cm-2
|
Rf / Ω?cm2
|
CPE/F?cm-2
|
n
|
Rct / Ω?cm2
|
RL / Ω?cm2
|
L / H?cm2
|
Mg
|
1.993×10-4
|
-
|
-
|
1.503×10-5
|
0.8162
|
2.812×104
|
1.666×104
|
7.598×104
|
F
|
4.236×10-4
|
-
|
-
|
9.100×10-5
|
0.9291
|
8.003×104
|
5.672×104
|
9.134×104
|
PBA
|
1.336×10-4
|
6.824×10-10
|
2.168×105
|
7.742×10-8
|
0.5001
|
3.487×107
|
-
|
-
|
60 W/20 s
|
5.552×10-4
|
7.176×10-10
|
9.280×103
|
1.680×10-7
|
0.5149
|
7.169×106
|
-
|
-
|
60 W/40 s
|
1.520×10-4
|
1.005×10-10
|
5.886×104
|
4.119×10-7
|
0.5358
|
8.251×106
|
-
|
-
|
60 W/60 s
|
6.237×10-4
|
7.070×10-10
|
1.179×104
|
6.006×10-7
|
0.4832
|
2.044×107
|
-
|
-
|
60 W/180 s
|
5.367×10-4
|
2.578×10-10
|
9.079×103
|
1.122×10-7
|
0.5493
|
8.132×106
|
-
|
-
|
60 W/300 s
|
8.897×10-4
|
6.154×10-10
|
2.009×104
|
1.299×10-7
|
0.4946
|
7.548×106
|
-
|
-
|
90 W/300 s
|
7.762×10-4
|
1.347×10-10
|
1.619×104
|
1.445×10-7
|
0.5271
|
5.980×106
|
-
|
-
|
120 W/300 s
|
8.545×10-4
|
3.271×10-10
|
2.399×104
|
1.452×10-7
|
0.4019
|
6.861×106
|
-
|
-
|
在EC模型中,Rs為參比電極和工作電極之間的溶液電阻,與電極無關[20]
RL和L為電感,Rf為表面膜電阻,C為鈍化膜電容,Rct為電荷轉移電阻
Rct的值越大表明合金的腐蝕電流密度越小,即材料越耐腐蝕
引入相位角CPE表征樣品的非理想電容性行為,即描述測試電極表面的非理想狀態(tài)
從表6可以看出,溶液電阻Rs的值較為平均,因為溶液電阻只與電解液的電導率有關,所以Rs的值變化并不大
經過等離子處理后表面經PBA防護涂層處理AZ31鎂合金的表面膜電阻Rf的值也較為平均,表明等離子處理后防護涂層的膜破裂性基本一致
但是,未經等離子處理的防護涂層的表面膜電阻Rf值較小,表明其具有較低的膜破裂性,從另一個角度印證了未經等離子處理的AZ31鎂合金表面PBA防護涂層具有較好的耐蝕性
對比表6中的電荷轉移電阻Rct,可見等離子處理使防護涂層處理鎂合金樣品的電荷轉移電阻有不同程度的減小
這表明,未經等離子處理的防護涂層具有更好的耐蝕性
但是與鎂合金基體和氟化處理后的鎂合金相比,經等離子處理后的PBA防護涂層的Rct遠大于鎂合金基體和氟化處理后鎂合金的Rct,表明經等離子處理的PBA防護涂層仍然對鎂合金基體有很好的防護性
2.5 等離子處理前后防護涂層表面的細胞黏附
圖11給出了等離子處理前后PBA防護涂層處理鎂合金表面人臍靜脈內皮細胞(HUVECs)的黏附情況
從圖11可見,未經等離子處理的PBA防護涂層表面黏附的細胞數量較少,分布較為均勻,且細胞呈現梭狀;經功率為60 W的等離子處理60 s的PBA防護涂層樣品其表面黏附的細胞數目明顯增多,細胞接觸緊密且呈現出伸展的狀態(tài)
圖11
圖11等離子處理前后PBA防護涂層鎂合金表面人臍靜脈內皮細胞的黏附
Fig.11Adhesion of human umbilical vein endothelial cells on the surface of Mg alloy with PBA protective coating before and after plasma treatment (a) samples without plasma treatment; (b) samples with plasma treatment at the power of 60 W for 60 s
3 討論
本文對比等離子處理前后涂層樣品表面細胞粘附以評價其生物相容性
已有研究結果表明,可降解鎂合金的細胞相容性的主要影響因素,是樣品的表面性能和降解速率[21]
樣品表面的親水性越好,則細胞在其表面越容易粘附和鋪展[22];鎂合金樣品的降解速率過高,導致局部堿化和局部鎂離子濃度過高,從而使原本粘附在鎂合金表面的細胞被殺死,引起細胞毒性以及細胞凋亡[23]
影響醫(yī)用鎂合金表面PBA防護涂層表面浸潤性的因素有:一方面,等離子處理使涂層表面的粗糙度提高,源于等離子產生的活性物質刻蝕了表面涂層,即在PBA防護涂層表面測試深淺不一的“龜裂”
親水材料表面的粗糙程度越大,表面的接觸角越小,表明表面的潤濕性越好,即表面粗糙度是影響表面浸潤性的一個關鍵因素[24]
另一方面,在氧氣氣氛下等離子處理提高了涂層中氧元素的含量,其反應示意圖如圖12所示,在輝光放電過程中氧氣轉化為活性較高的自由電子或者自由基粒子
這些自由電子或者自由基粒子沖擊試樣表面,破壞了原有的化學鍵而產生新的自由電子或自由基粒子,再與被破壞的化學鍵形成新的化學鍵
當活性官能團數量的增多,也使材料表面的浸潤性提高[25]
XPS結果表明,經等離子處理的PBA防護涂層的氧原子占比提高,且隨著等離子處理時間的延長防護涂層表面氧原子的占比逐漸提高,即親水的活性官能團的占比提高,從而使表面水接觸角減小
這是影響表面浸潤性的又一關鍵因素
圖12
圖12在O2等離子作用下PBA防護涂層的反應示意圖
Fig.12Schematic diagram of the reaction of plasma technology with O2 for PBA protective coating
上述兩個因素的共同作用,使等離子處理后PBA防護涂層的表面浸潤性提高,從而有利于細胞在PBA防護涂層表面黏附和鋪展
從圖11明顯可見,等離子處理后的PBA防護涂層其表面細胞黏附和鋪展的情況良好
等離子處理降低了PBA防護涂層對鎂合金基體的防護性能,與未經等離子處理樣品相比降解速率提高了一個數量級,但是仍比鎂合金基體和氟化涂層處理鎂合金的降解速率低2~3個數量級
這表明,等離子處理對鎂合金表面防護涂層的防護性能影響不大,仍能有效防護鎂合金基體,從而降低其降解速度,避免AZ31鎂合金基體對細胞產生毒性
分析等離子處理影響涂層樣品細胞相容性的內在機制,可以發(fā)現,等離子處理提高了PBA防護涂層表面粗糙度和表面親水性官能團數量,改善了涂層的親水性;等離子處理雖然降低了涂層樣品的耐蝕性,但是仍能有效降低鎂合金的降解速率,表現為細胞在經等離子處理后的材料表面的增殖數量明顯增多、鋪展狀態(tài)良好
總之,等離子處理技術可提高防護涂層處理鎂合金的生物相容性
4 結論
(1) 等離子處理使PBA防護涂層的表面粗糙度和親水基團占比提高,從而改善了涂層表面浸潤性,有利于細胞在PBA防護涂層表面黏附和鋪展
(2) 等離子處理在一定程度上降低了PBA防護涂層對AZ31鎂合金基體的防護,但是處理后的鎂合金樣品的耐蝕性明顯提高
(3) 等離子處理顯著增強了細胞在PBA防護涂層樣品表面的鋪展和粘附,也使其生物相容性提高
參考文獻
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Immersion and electrochemical tests have been applied to study corrosion protection of AZ91D Mg alloy coating with chrome-free chemical conversion (CCC) coat in 5wt% NaCl solution. The immersions tests include weight-loss measurements after full or partial immersion with whole coating and full immersion with damaged coating. The electrochemical tests include electrochemical impedance spectroscopy (EIS) and polarization curves measurement. The results of immersion and electrochemical tests show that chrome-free chemical conversion (CCC) surface treatment can significantly improve the corrosion resistance of AZ91D Mg alloy in 5% NaCl solution, and that the corrosion protection effect of CCC coating is not sensitive to pores or cracks. The equivalent circuit models are fitted from Nyquist plots for the uncoated specimens and the CCC-coated specimens. The charge transfer resistance, R ct, increases from about 1.669 Ω cm2 for the uncoated alloy to about 210 Ω cm2 after the alloy is coated with CCC coating.
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聲明:
“等離子處理對醫(yī)用鎂合金表面聚合物防護涂層的影響” 該技術專利(論文)所有權利歸屬于技術(論文)所有人。僅供學習研究,如用于商業(yè)用途,請聯系該技術所有人。
我是此專利(論文)的發(fā)明人(作者)