电化学沉积法钛表面制备氧化镁涂层及其性能探究

目的:确定电化学沉积氧化镁涂层的适当条件,评价涂层的抗菌性、细胞毒性,并比较沉积时间对其影响。方法:用氢氧化钠对不同浓度(0.1、0.2、0.3、0.4、0.5 M)的Mg Cl_2溶液进行滴定,确定反应适宜的p H值。通过线性伏安扫描确定电化学沉积反应的平台期电势区间,在此电势区间内通过电压测量仪测量获取沉积反应适宜电压区间,选取合适电压值作为工作电压。确定电化学沉积参数后,按照不同沉积时间在纯钛表面制备Mg(OH)_2涂层并分组(A组:0 h,B组:0.5 h,C组:1 h,D组:3 h,E组:6 h,F组:12 h)。将制备的Mg(OH)_2涂层样品进行650℃煅烧后获得Mg O涂层样品,并依次分组(a组:0 h,b组:0.5 h,c组:1 h,d组:3 h,e组:6 h,f组:12 h)。样品制备完成后称重记录。对沉积时间最长即涂层最厚的样品F及样品f进行X射线衍射分析,对涂层进行定性分析。使用扫描电镜观Z-IETD-FMK察所有样品的表面形貌,并通过能谱扫描确定涂层元素组成。通过体外降解实验,测定并评价所有样品24 h内降解时间与p H值关系。通过体外抗菌实验,采用平板计数法检测并计算所有样品对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抗菌性能。通过体外细胞学实验,将所有样品与小鼠成骨细胞共培养,采用CCK-8试剂检测并计算在培养第1、3、5天后所有涂层的细胞存活率。最后根据上述结果,分析适合临床应用的涂层。结果:当Mg Cl_2溶液浓度为0.1 M时,沉积最适p H值为9.5。通过伏安扫描曲线平台期获得最适电势区间为-1.33~-1.62 V,在此区间测量正负极两端电压范围为2.7~3.0 V,并选择3.0 V为工作电压。X射线衍射定性分析显示,样品F表面涂层由Mg(OH)_2构成,样品f表面涂层NSC 125973配制由Mg O构成。经扫描电镜观察,Mg(OH)_2及Mg O样品表面均匀分布颗粒样物质,随着沉积时间增加颗粒分布密度随之增加,当沉积时间为12 h,Mg O涂层不再表现为颗粒状,而是融合形成板块状结构。能谱扫描结果显示,随着沉积时间增加,涂层覆盖率逐渐升高,主要表现为钛元素峰值逐渐消失,氧元素与镁元素峰值逐渐升高。对所有样品降解后测定p H值显示,前6 h降解较快,随后18 h降解缓慢,样品降解释放的p H值随沉积时间增加而增大。体外抗菌实验表明,Mg(OH)_2及Mg O涂层对金黄色葡萄球菌及大肠杆菌均具有抗菌效果,同时抑菌率随涂层沉积时间增加而升高,当沉积时间不超过3 h,Mg O抑菌率显著高于Mg(OH)_2,当沉积时间超过6 h,两者对细菌抑菌率均接近100%,没有显著性差异。体外细胞实验表明,沉积时间为0.5 h的两种涂层样品5天内对小鼠成骨细胞毒性都比较低,甚至Mg(OH)_2涂层在第5天促进细胞增殖;沉积时间为1 h,3 h的样品第一天显示较高的细胞毒性,随着培养天数增加,细胞存活率逐渐升高;而沉积时间为6 h,12 h的样品5天内对小鼠成骨细胞毒性都比较高,细胞存活率均低于20%。此外沉积时间为0.5 h、1 h、6 h、12 h,Mg(OH)_2与Mg O对细胞存活率的影响统计学上没有差异,而Modeling HIV infection and reservoir沉积时间为3 h的样品,Mg O对小鼠成骨细胞毒性显著低于Mg(OH)_2。结论:电化学沉积法可有效制备Mg(OH)_2及Mg O涂层。当沉积时间为3 h,制备的Mg O涂层具有综合性能良好的抗菌性及细胞毒性,且优于Mg(OH)_2涂层。而当沉积时间为6 h,Mg O涂层牺牲部分细胞生长换取强效的抗菌性,应用何者取决于患者需求及临床医生的选择。