日前，智能医学讲堂—智能医用材料青年学者沙龙在山东第一医科大学医学人工智能与大数据学院圆满举行。

山东第一医科大学医学人工智能与大数据学院副研究员窦金河，作了题为《可降解生物医用镁合金表面涂层的构建及生物相容性的研究》的专题报告，分享他在生物医用镁合金骨植入体领域的研究工作进展和成果。

1.镁合金作为植入体材料的优势

镁合金作为骨组织植入材料具有其他现有医用金属材料不可比拟的优势：较好的生物相容性；力学性能优异，能够有效的避免应力遮挡效应；可自发降解，从而避免了二次手术所引发的各种问题；资源丰富，价格低廉；加工性能优异。

镁合金制备的生物医用植入材料

镁及镁合金虽然作为可降解生物医用材料具有诸多优点，但目前镁合金在临床上的应用还不多。主要受以下几个因素的限制1. 降解速度过快：在组织未完全愈合前就过早丧失力学支撑功能，最终导致植入失败。2. 产生大量H2 ：镁快速腐蚀而产生的大量H2会积聚在植入体/骨组织界面，延缓伤口的愈合，并可能导致骨组织的坏死。3. 引起pH值升高：破坏机体的生理酸碱平衡，如果局部的pH值超过一定范围会使机体产生碱中毒反应。因此，控制镁在人体生理环境中的腐蚀速率成为镁基可降解植入材料研发中的重中之重。

2.镁合金表面微弧氧化涂层的构建及成膜机理分析

窦金河副研究员所在课题组以Mg-1.75Zn合金为基体，选用对人体生物相容性良好的Ca元素作为合金化元素制备了不同Ca含量的Mg-Zn-Ca三元镁合金。在Mg合金表面制备了含有Ca-P的微弧氧化涂层，研究了不同正向电压和电解液中不同含量的甘油磷酸钙对微弧氧化涂层微观组织、相组成、涂层结合力、耐蚀性以及体外溶血率等性能的影响。对比研究了含有Ca-P的和含有Si的微弧氧化涂层组织结构、相组成、降解性能和耐蚀性的影响，分析了造成两种涂层耐蚀性差异的机理。采用两步法制备了含有Ca-P-Si的微弧氧化涂层，对比了含有Ca-P的涂层的组织结构和性能，并探讨了微弧氧化涂层形成机理（见下图）。这项研究在很大程度上丰富了我们对于微弧氧化过程及其机理的理解。

两步法微弧氧化机理示意图

3.镁合金表面复合涂层的构建及性能分析

镁合金微弧氧化涂层表面分布着微孔和微裂纹，有些甚至从涂层表面一直延伸到基体。在腐蚀介质中，腐蚀介质会穿透微孔接触被保护的基体表面，对基体造成腐蚀破坏，使涂层发生龟裂、脱落。机体未完全恢复前，已部分降解，无法保证力学完整性。镁合金表面单一的微弧氧化涂层无法满足镁合金植入体的临床应用，这就需要在镁合金表面制备复合涂层。

窦金河副研究员所在课题组采用壳聚糖成膜技术对微弧氧化涂层进行封孔处理，分析了浸渍提拉次数对涂层组织结构、相组成、降解性能、耐蚀性和生物相容性的影响。在壳聚糖醋酸溶液中浸渍提拉两次得到的复合涂层，其表面光滑均匀，没有裂纹。这有效阻挡了腐蚀离子进入微弧氧化涂层的微孔中，提高了微弧氧化涂层的耐蚀性。生物学实验结果表明涂层具有良好的生物相容性及成骨诱导能力。 该项研究对于获得具有独立知识产权和临床应用价值的可降解镁基植入体具有重要意义。

镁合金、微弧氧化涂层、微弧氧化/壳聚糖复合涂层在模拟体液中的电化学图像

报告结束后，窦金河副研究员针对镁基植入体腐蚀与防护等问题与在座的科研工作者和研究生进行了学术交流。通过相互探讨，大家加深了对可降解镁基骨植入体的认识，了解了更多关于骨植入体的研究思路与方法，开阔了科研视野，拓展了科研思维。