镁基心血管支架材料表面改性及降解微环境研究

发布时间：2017-06-06 07:09

  本文关键词：镁基心血管支架材料表面改性及降解微环境研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：在心血管支架介入治疗领域，镁及镁合金支架不仅具有金属良好的力学性能能够有效的维持血管的修复所需的力学性能，同时兼有聚合物的可降解和吸收特性避免进行二次手术成为国内外学者研究的热点。然而制约镁及镁合金在医用材料应用的关键问题是其在生理环境中过高的降解速率。过快的降解速率使得支架不能为血管修复提供适期的力学环境；更严重的是随着材料的降解，材料表面的pH值和离子浓度发生改变显著影响细胞的生存环境。镁及镁合金的快速降解会造成支架植入病变处微环境的pH值和离子浓度的改变引发炎症，影响血管支架的内皮化的进程。因此为了更好的应用镁基材料，控制其腐蚀速率及加速血管支架内皮化至关重要。本研究从适宜细胞生长的微环境的角度从发，通过在镁合金表面制备微弧氧化/压电聚合物复合膜层控制镁合金降解引起支架植入病变处微环境pH值和离子浓度的改变。 本文采用微弧氧化技术在镁合金表面制备微弧氧化膜层，探讨优化了影响膜层结构和性能的工艺参数。结果表明，随着电解质浓度的增加，膜层微孔的大小及分布越来越不均匀，膜层耐腐蚀晶相呈先增后减的趋势；随着电压的增大有利于膜层的形成，但过高的电压使膜层的缺陷增多，甚至造成膜层的脱落；同时电压也影响膜层的耐腐蚀晶相的数量。添加剂在一定程度上能改善膜层的性能。随着添加剂氟化钠浓度的增加，膜层微孔数量逐渐减少，微孔孔径逐渐变大且分布均匀，但浓度过高时，膜层缺陷增多；出现微裂纹和较大的孔洞，微弧氧化膜的耐腐蚀性能也随膜层耐腐蚀晶相含量的先增后减而相应变化。添加剂丙三醇通过改变电解质的电导率影响膜层的结构、厚度和晶相含量。优化工艺参数制备的微弧氧化膜层表面微孔0.8μm~1.05μm均匀分布，膜层主要由MgAl_2O_4、MgAlSi_(1.5)O_6和MgSiO_3等晶相组成，镁合金的耐腐性性能明显增强。 在降解微环境实验中探讨了细胞生长的最优环境，结果表明在pH值为8.0~8.5，，镁离子浓度在3~4mM范围内，细胞的活性最强；在最优工艺参数制备的微弧氧化膜层在降解过程中满足不了要求，同时为了增强支架的韧性和应用压电效应对细胞生长的促进作用，在微弧氧化膜层的基础上采用旋涂技术制备了聚羟基丁酸酯(PHB)压电膜层。复合膜层表面微孔的孔径大小分布在2.25μm~3.25μm之间，平均孔径大小为2.54μm，膜层含有C、O、Mg和Si元素，膜层的压电常数D33值为20.2±0.02pC/N。降解实验结果表明具有微弧氧化/压电复合膜层的镁合金在降解过程中能满足细胞生长的微环境。 蛋白吸附实验和细胞实验评价了材料的生物相容性，结果表明蛋白吸附能力Mg-MAO/PHB＞Mg-MAO＞Mg；Mg、Mg-MAO与Mg-MAO/PHB细胞毒性分别为2级、1级、1级；Mg-MAO/PHB组由于复合膜层有效的保护，使得降解速率缓慢，且能够创造更适合细胞生长的微碱环境，促进了细胞的增殖。
【关键词】：镁及镁合金 微弧氧化 聚羟基丁酸酯 降解微环境 生物相容性
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TG174.4
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-9
• 目录9-12
• 第一章 绪论12-36
• 1.1 心血管支架简介12-15
• 1.1.1 心血管介入治疗12-13
• 1.1.2 血管支架分类13-15
• 1.1.3 血管支架对材料的要求15
• 1.2 生物可降解支架的研究15-20
• 1.2.1 生物可降解聚合物支架16-17
• 1.2.2 生物可降解金属支架17-20
• 1.3 镁合金支架的研究20-22
• 1.3.1 镁合金作为心血管支架材料的优势21-22
• 1.3.2 镁合金作为心血管支架材料的不足22
• 1.4 镁合金的腐蚀与改性22-26
• 1.4.1 镁合金的腐蚀22-24
• 1.4.2 镁合金的改性24-26
• 1.5 微弧氧化技术26-31
• 1.5.1 微弧氧化技术原理及特点26-28
• 1.5.2 微弧氧化技术研究现状及主要影响因素28-30
• 1.5.3 镁合金微弧氧化膜层的腐蚀机理30-31
• 1.6 可降解压电聚合物 PHB 材料31-33
• 1.6.1 压电生物效应31-32
• 1.6.2 PHB 及其共聚物压电机制32-33
• 1.7 镁合金降解微环境研究意义33-34
• 1.8 本文研究目的和内容34-36
• 1.8.1 本文研究意义和研究目的34
• 1.8.2 本文研究内容和技术路线34-36
• 第二章 镁基表面微弧氧化膜层的制备及工艺优化36-61
• 2.1 引言36-37
• 2.2 实验部分37-39
• 2.2.1 实验设备37-38
• 2.2.2 实验材料38-39
• 2.3 微弧氧化膜层制备工艺39-41
• 2.3.1 实验预处理39-40
• 2.3.2 微弧氧化实验路线40
• 2.3.3 微弧氧化工艺参数40-41
• 2.4 膜层的表征方法41-42
• 2.4.1 扫描电镜（SEM）观察41
• 2.4.2 X-射线衍射仪(XRD)检测41
• 2.4.3 膜层降解腐蚀性能测试41-42
• 2.5 电解液浓度的优化42-46
• 2.5.1 不同电解液浓度对膜层表面形貌的影响43-45
• 2.5.2 不同电解液浓度对膜层相组成的影响45-46
• 2.6 电压的优化46-48
• 2.6.1 不同电压对膜层形貌的影响46-48
• 2.6.2 不同电压对膜层相组成的影响48
• 2.7 添加剂对微弧氧化膜层的影响48-60
• 2.7.1 添加剂氟化钠49-54
• 2.7.2 添加剂丙三醇54-60
• 2.8 本章小结60-61
• 第三章 镁基表面微弧氧化/压电复合膜层制备及降解微环境的研究61-76
• 3.1 前言61-62
• 3.2 实验部分62-63
• 3.2.1 实验仪器与设备62
• 3.2.2 实验材料62-63
• 3.3 微弧氧化/压电复合膜层制备工艺63-64
• 3.3.1 PHB 溶液的配置63
• 3.3.2 微弧氧化/压电复合膜层的制备63-64
• 3.4 降解微环境的研究实验64-66
• 3.4.1 降解实验预处理64
• 3.4.2 降解实验工艺流程64
• 3.4.3 降解表面 pH 值的测定64-65
• 3.4.4 降解表面镁离子浓度的测定65
• 3.4.5 细胞活性实验65-66
• 3.5 镁基表面微弧氧化/压电复合膜层表面形貌66-67
• 3.6 膜层性能的表征67-70
• 3.6.1 膜层的红外光谱分析67-68
• 3.6.2 膜层表面元素分析68
• 3.6.3 膜层耐腐蚀性能测定68-69
• 3.6.4 膜层压电常数的测定69-70
• 3.7 降解微环境的研究70-74
• 3.7.1 镁合金降解过程微环境 pH 值的测定70-72
• 3.7.2 pH 值对 MC3T3 细胞活性的影响72-73
• 3.7.3 镁合金降解过程微环境镁离子浓度的测定73-74
• 3.7.4 镁离子浓度对 MC3T3 细胞活性的影响74
• 3.8 本章小结74-76
• 第四章 镁基表面微弧氧化/压电复合膜层体外生物相容研究76-86
• 4.1 前言76-77
• 4.2 实验部分77-78
• 4.2.1 实验材料77
• 4.2.2 实验仪器与设备77-78
• 4.3 实验方法78-81
• 4.3.1 蛋白定性实验78
• 4.3.2 细胞毒性实验78-80
• 4.3.3 细胞增殖和粘附实验80-81
• 4.4 实验结果与讨论81-84
• 4.4.1 蛋白吸附定性实验81-82
• 4.4.2 细胞毒性实验82-83
• 4.4.3 细胞增殖实验83-84
• 4.5 本章小结84-86
• 结论86-88
• 参考文献88-100
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果100-101
• 致谢101-102
• 附件102

【参考文献】

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本文编号：425653