镁合金表面载药涂层的制备和优化

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血管支架是介入治疗心血管疾病患者的过程中必不可少的器材。理想的可降解支架可以在植入初期和吸收过程中提供必要的机械强度来维持血管通畅和血管组织重建,还可以通过药物负载使支架局部释放药物促进人体的康复;并且在血管重建完成后在人体中发生生物降解,降低后期出现血栓和炎症的可能性。镁合金的机械性能、可加工性远远优于聚合物支架,并且镁合金支架具有良好的生物相容性和生物可降解性。但镁合金在人体生理环境中腐蚀速率较快、腐蚀过程不均匀限制了镁合金作为生物材料在临床上的应用。因此,通过对镁合金进行表面改性提高镁合金的耐腐蚀性能以及功能性成为对当下医用镁合金进行优化的重要手段。具有良好的生物相容性和生物可降解性的天然聚合物聚β-羟基丁酸酯(PHB,poly-β-hydroxybutyrate),在临床中常用于伤口缝合线和敷料。在人体内环境中,PHB被体液浸润后PHB中的酯键会发生断裂,此外体内存在的微量酯酶和巨噬细胞可以促进PHB的降解。因此通过PHB和镁合金基体的结合可以降低镁合金支架的降解速率。层层自组装技术(LBL,layer-by-layer self-assembly)是一种在纳米尺度上可控的分子间组装方式,可以通过正负电荷相互吸引将带有负电荷的肝素药物分子和带有正电荷的血管内皮生长因子(VEGF,vascular endothelial growth factor)组装到氨基化后带正电荷的PHB基底材料表面,形成具有药物活性的涂层,提高材料的生物相容性。以下是本论文的主要研究内容和结果:1.载药涂层镁合金的制备、表征和耐腐蚀性能测试。通过观察材料表面微观形貌、腐蚀电位和降解过程中溶液变化可以发现:药物负载过程不会破坏镁合金表面的PHB基底结构的完整性和耐腐蚀性能,在静态降解周期中PHB基底的降解行为并未因为药物负载出现明显的变化。2.具有载药涂层镁合金的生物相容性。在血液相容性载药涂层镁合金的溶血率和血小板粘附数量均远低于其他涂层,且材料表面的动态凝血时间、材料浸提液的凝血酶原时间(PT)和活化部分凝血酶时间(APTT)明显更长。细胞相容性实验中,载药涂层镁合金的浸提液能促进细胞的生长、提高细胞迁移速率、减少细胞损伤、抑制细胞发生凋亡、提高细胞的黏附能力。3.通过阳极氧化和镀铜对镁合金材料和PHB之间的结构优化,研究了该材料的电化学性能和生物相容性。镁合金和PHB基底之间的AO-Cu/Cu O结构显著提高了镁合金和PHB之间的结合力,电化学阻抗和腐蚀电位结果表明,该结构具有更高的阻抗,更小的电流密度。而抗菌实验中,MACP的浸提液抑制大肠杆菌的生长和繁殖。在生物相容性方面,MACP的浸提液对溶血率、凝血功能、浸提液中细胞LDH释放量、细胞活性和细胞生长形态不会造成明显的影响,而MACP材料表面的血细胞黏附数量没有出现增加。
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