课题基金 / 基金详情

医用镁合金表面梯度纳米复合涂层的界面强化、降解机制与生物相容性

批准号:
52061031
项目类别:
地区科学基金项目
资助金额:
35.0 万元
负责人:
李克
依托单位:
学科分类:
金属生物与仿生材料
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
李克

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
镁基骨植入材料在服役过程中的降解速率过快是实现其临床应用的主要瓶颈。对镁基体成分及涂层结构进行优化设计是解决降解“析氢”问题,并兼顾涂层结合强度和生物相容性的关键。本项目针对非晶镁合金表面水热反应生成致密ZnO层的实验现象展开深入研究,利用SEM、AFM和三维重构技术对Mg-Zn-Ca合金表面Ca-P/聚合物双涂层的界面结构与形貌特征进行显微分析,结合反应热力学和动力学分析,阐明特定镁基成分与水热反应条件对Ca-P涂层结构的影响规律;同时,采用有限元方法研究涂层的力学行为,通过体外降解、细胞毒性、细胞贴壁和动物体内植入等实验方法评估涂层的降解行为和生物相容性,从而揭示预涂层梯度结构的界面强化机制、复合涂层多孔结构的降解调控机制和骨诱导作用机制。通过本研究,将有望提出基于镁基成分控制与涂层结构设计的梯度纳米复合涂层的制备新方法,为开发可降解医用镁合金及其表面改性技术提供科学依据。
英文摘要
Owing to the serious fast decomposing and releasing hydrogen problems in the application of magnesium alloy bone implant, It is very important to optimize the chemical composition of the magnesium matrix and the microstructure of its surface coating in order to improve the overall mechanical properties and biocompatibility and acheive the stable, controllable decomposition of medical magnesium alloy. .In this project, profound and systematic study on fabricating gradient nanocomposite coating on medical Mg-Zn-Ca alloy will be performed. The microstructure and three-dimensional morphology of the coating and the interfacial relationship between coating and matrix will be analyzed by using SEM (Scanning Electron Microscopy), AFM (Atomic force Microscopy) and reconstruction technique based on the serial-sections method. And thermodynamic and dynamic analysis methods will be employed to explore the effect of special matrix composition and hydrothermal reaction on the formation of gradient Ca-P compound coating. Meanwhile, the finite element calculation will be employed to evaluate the mechanical properties and reveal the interfacial strengthening mechanism of the composite coating. Subsequently, in vitro decomposition test will be performed to reveal the effect of porous structure on decomposing process of magnesium bone support. And the cytotoxicity test, cell adhesion test and in vivo animal experiment will be used to evalute the biocompatiblity and reveal the osteoinduction mechanism of nanocomposite coating with porous structure..This study would be expected to propose a novel method for fabricating gradient nanocomposite coating based on chemical composition control of matrix and the interfacial structure design, thus to provide scientific basis for developing medical magnesium alloy and its surface modification technique.
镁基骨植入材料在服役过程中的降解速率过快是实现其临床应用的主要瓶颈。本项目以Mg-Zn-Ca合金及其表面梯度纳米复合涂层为研究对象,将特定镁基体成分与水热反应条件下形成梯度结构Ca-P涂层的实验现象作为核心关注点,针对特定基体成分与水热反应条件下梯度结构Ca-P预涂层的形成机理,预涂层对纳米复合聚合物涂层与基体的界面强化机制,以及聚合物涂层多孔结构对镁基体降解过程的调控机制等科学问题,同时开展理论计算和实验研究。.首先,通过成分设计和工艺实验制备高Zn固溶度的镁合金试样,在试样表面依次制备具有致密ZnO内层、Ca和P元素含量梯度变化的Ca-P预涂层和多孔结构的纳米复合聚合物涂层;然后,通过热力学和反应动力学分析,研究镁基体成分与水热反应条件对Ca-P涂层结构与组成的影响规律;利用SEM、XRD、XPS、粒度仪等分析手段,对Ca-P/聚合物双涂层的微观结构与立体形貌进行多维多尺度分析与表征;同时,通过涂层结合强度性能测试,研究梯度结构参数对涂层与基体结合强度的影响规律,指导工艺试验并评估涂层力学性能,从而揭示梯度结构对复合涂层与基体界面的强化机制;最后,通过模拟体液中的浸泡试验和电化学性能测试,以及细胞毒性实验、细胞贴壁实验和动物体内植入实验,揭示纳米复合聚合物涂层的多孔结构对镁基体降解过程的调控机制和骨细胞生长的诱导机制。.本项目研究提出了一种基于镁基成分控制与涂层结构设计的可控降解医用镁合金及其表面Ca-P/聚合物双涂层的制备新方法,为开发可降解医用镁合金及其表面改性技术提供了科学基础,对于开发新型生物可降解镁合金和加速镁合金骨植入材料的临床应用具有重要的理论意义和实用价值。
稀土合金化高Si镁合金中耐热相的共析出行为、相互作用及其组织调控机制
  • 批准号:
    51665036
  • 项目类别:
    地区科学基金项目
  • 资助金额:
    42.0万元
  • 批准年份:
    2016
  • 负责人:
    李克
  • 依托单位:
镁合金凝固过程中异质核心界面的结构、特性与演化规律
  • 批准号:
    51264032
  • 项目类别:
    地区科学基金项目
  • 资助金额:
    52.0万元
  • 批准年份:
    2012
  • 负责人:
    李克
  • 依托单位:
国内基金
海外基金