隨著未來(lái)醫(yī)療水平的不斷提高，可降解生物器械及植入性電子器件已成為人類(lèi)體內(nèi)治療的利器。在過(guò)去的幾十年里，鎂及其合金由于其優(yōu)越的物理、機(jī)械和生物降解性能，不僅適合制造汽車(chē)零件、航空部件和電子器件等，也在骨植入臨床、可植入性醫(yī)療器械和可降解金屬電極等領(lǐng)域引起廣泛關(guān)注。然而鎂合金在人體內(nèi)降解速率過(guò)快，限制了其臨床應(yīng)用。尤其是在其植入體內(nèi)后，雖然其可降解特性可以使病人免于二次手術(shù)的痛苦，但其過(guò)快的腐蝕不僅未在理想痊愈期間內(nèi)提供完整的機(jī)械支撐，其降解時(shí)產(chǎn)生的氫氣也會(huì)造成皮下氣腫，這都不利于骨組織的再生和細(xì)胞的生存。為延緩鎂合金降解在鎂合金表面包覆一層可降解的聚合物膜層是目前延緩植入性鎂合金降解的最有效途徑之一。該方法可以賦予包覆結(jié)構(gòu)良好的生物相容性和適當(dāng)?shù)慕到馑俾剩瑫r(shí)賦予涂層各種功能。絲素蛋白是一種從天然蠶絲中提取的高分子聚合物，具有優(yōu)越的力學(xué)性能，良好的加工性能及可控的降解速率，可延緩鎂合金降解，賦予包覆結(jié)構(gòu)多種功能。然而，天然有機(jī)高分子材料在無(wú)機(jī)金屬基體上的粘附力不足，會(huì)導(dǎo)致包覆結(jié)構(gòu)在體內(nèi)或體外降解過(guò)程中失效，嚴(yán)重影響其使用性能和可靠性。因此需要從材料連接的角度出發(fā)，最大限度地提高天然高分子膜和無(wú)機(jī)可降解金屬材料之間的結(jié)合力。

最近哈爾濱工業(yè)大學(xué)王晨曦副教授和哈爾濱醫(yī)科大學(xué)王巖松教授課題組提出利用等離子體和真空紫外光分別對(duì)鎂合金材料進(jìn)行表面活化，提高基體表面親水性及官能團(tuán)密度，從而實(shí)現(xiàn)絲素蛋白膜與鎂合金之間無(wú)中間轉(zhuǎn)換層的緊密連接。研究結(jié)果表明，活化后的鎂合金表面親水性提高，并使表面的官能團(tuán)密度提高，尤其對(duì)于真空紫外光活化，連接的界面緊密無(wú)裂紋，在后續(xù)的包覆過(guò)程中使絲素蛋白膜與鎂合金基體直接粘附，通過(guò)化學(xué)鍵的作用進(jìn)一步增強(qiáng)界面的粘附強(qiáng)度。與以往采用中間層的工藝相比，新提出的表面活化法避免了繁瑣的操作流程和中間層開(kāi)裂的危險(xiǎn)。同時(shí)對(duì)連接機(jī)理和包覆結(jié)構(gòu)的降解機(jī)理進(jìn)行了研究。該研究結(jié)果以“Silk Fibroin Film Coated MgZnCa Alloy with Enhanced in Vitro and in Vivo Performance Prepared Using Surface Activation”為題發(fā)表在生物材料領(lǐng)域國(guó)際知名期刊《Acta Biomaterialia》上。

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綜上所述，利用絲素蛋白膜作為鎂合金的耐腐蝕涂層，以顯著延緩鎂合金的降解。與等離子體活化法相比，采用真空紫外光表面活化法制備的絲素蛋白膜在極親水性表面上得到了可靠的包覆。與未包覆鎂合金相比，包覆結(jié)構(gòu)具有足夠附著力的涂層結(jié)構(gòu)，更好的貯存性能和耐腐蝕性能。同時(shí)，提出了絲素蛋白包覆鎂合金結(jié)構(gòu)的模型來(lái)解釋粘附機(jī)理。此外，在系統(tǒng)的細(xì)胞黏附和細(xì)胞毒性實(shí)驗(yàn)中，證實(shí)了真空紫外光活化制備的包覆結(jié)構(gòu)具有更好的生物相容性、生物活性和生物安全性。在長(zhǎng)達(dá)180天的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中，包覆有絲素蛋白的鎂合金降解速率是未包覆的鎂合金的1/18，且不引起炎癥。在體內(nèi)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，提出了絲素包覆鎂合金腐蝕過(guò)程的降解機(jī)理。我們的研究致力于開(kāi)發(fā)一種有效的表面活化方法，能夠通過(guò)環(huán)境友好的真空紫外表面清洗和活化對(duì)鎂合金進(jìn)行改性和功能化。該方法不僅被證實(shí)是一種可行的絲素與鎂合金涂層策略，而且作為其他有機(jī)材料與無(wú)機(jī)金屬之間的黏附層，具有廣闊的應(yīng)用前景，該包覆結(jié)構(gòu)為可降解金屬的應(yīng)用提供了新思路。