题目：镁合金表面生物功能化及耐蚀抗菌性研究

镁合金(Mg alloy)以其独特的生物相容性、力学相容性以及可降解性，成为了生物医用金属材料领域的研究热点。然而，镁合金在体内过快的降解速率将导致人体局部碱化、皮下组织出现大量气泡，从而严重制约其在生物医用领域的应用。因此，发展和完善表面改性技术，降低镁合金过快的腐蚀降解速率成为其作为生物医用材料的关键。另外，作为植入材料，镁合金无论短期或长期存在人体，都将面临细菌感染，医用金属材料产生的细菌感染已经成为临床关注的最为严峻的问题。因此，在致力于提高镁合金耐腐蚀性能的同时，更期待赋予镁合金良好的生物多功能性。本论文结合微弧氧化技术、聚电解质层层组装技术、巯基-烯光化学反应、离子-偶极作用等，在镁合金表面制备多功能性生物复合膜层，赋予镁合金优良的耐腐蚀性、亲水性、生物相容性以及抗菌性。利用扫描电子显微镜(SEM)、X-射线光电子能谱仪(XPS)、接触角测量仪(CA)、极化曲线法、电化学阻抗谱法(EIS)、细胞相容性试验、血小板粘附试验及抗菌性试验等手段与方法，对改性前后镁合金表面的基本性能进行了深入研究。具体研究内容如下：

(1) 利用阳极微弧氧化在镁合金表面制备耐腐蚀微弧氧化(MAO)膜层，通过(3-巯基丙基)三甲氧基硅烷(MPTS)的自组装过程，在MAO膜层表面形成以巯基为末端的硅烷过渡层。进一步利用巯基-烯紫外光化学反应，将生物相容性优异的2-甲基丙烯酰氧乙基磷酰胆碱(MPC)共价键合于镁合金表面(Mg alloy/MAO-pMPC)，利用MPC分子末端所带的氮正离子与葫芦[7]脲(CB[7])发生离子-偶极作用，将葫芦[7]脲连接于镁合金表面以络合纳米银，实现镁合金表面功能性多层组装(Mg alloy/MAO-pMPC(Ag)。研究结果表明：微弧氧化处理后的镁合金表面均匀多孔，组装纳米银后的镁合金表面微孔结构消失，平整光滑，化学组成发生了明显改变，其中Ag原子含量约为2.64%；目标镁合金样品(Mg alloy/MAO-pMPC-CB[7](Ag)表面水接触角降低至37.5º，在SBF模拟体液中的拟合Rp值由17 Ω·cm2逐步增大到57329 Ω·cm2，并且能有效抑制血小板的粘附，表现出优异的亲水性、耐腐蚀性以及血液相容性；镁合金表面纳米银的引入，使得改性后的镁合金具有良好的抗菌性能。

(2) 利用微弧氧化、聚电解质层层组装相结合的方法，在微弧氧化处理后的镁合金表面组装聚电解质载抗生素膜层。借助聚乙烯亚胺(PEI)强粘附性，在MAO膜层表面形成牢固的PEI过渡层，采用旋涂辅助的层层组装方式，通过溶有硫酸庆大霉素的聚赖氨酸(PLL)与海藻酸钠(ALG)之间的静电相互作用在微弧氧化处理的镁合金表面交替组装功能性多层膜Mg alloy/MAO-[ALG/PLL]30。研究结果表明：微弧氧化处理的镁合金表面均匀多孔，组装聚电解质多层膜后，多孔结构几乎完全消失，表面变得平整致密；XPS分析表明，组装聚电解质多层膜的镁合金表面化学组成发生明显变化，特征元素N的出现及其较高含量(9.37%)，表明通过静电相互作用在镁合金表面组装了一层较厚的载药聚电解质多层膜，水接触角降低为27.3°，具有较好的亲水性；动电位极化曲线与EIS测试结果表明，微弧氧化膜层和聚电解质多层膜对原始镁合金具有协同保护作用，使改性后镁合金在SBF模拟体液中的icorr降低了三个数量级，Rp值由17 Ω·cm2增大到63450 Ω·cm2，表现出优异的耐腐蚀性能；氢气释放实验结果表明，处理后的镁合金具有良好的长期耐腐蚀能力，表面膜层能够长时间存在于模拟体液中，对镁合金能够长期存在人体而不被腐蚀起着积极作用；抗菌测试表明，组装抗生素聚电解质多层膜的镁合金能够有效抑制细菌的生长，表现出优异的抗菌性能。

(3) 结合微弧氧化技术及聚乙烯亚胺的强粘附作用，在微弧氧化处理的镁合金表面吸附富含万古霉素的海藻酸钠以形成载抗生素海藻酸钠膜层(Mg alloy/MAO/ALG)，通过Ca2+的交联作用，促使海藻酸钠凝胶化，进而在镁合金表面形成载药水凝胶膜层(Cross-linked Mg alloy)。研究结果表明：成功地在镁合金表面制备了海藻酸钠水凝胶膜层，膜层厚度约为20 μm；处理后的镁合金表面的化学成分发生了明显变化，水接触降低到22.4°，具有良好的亲水性；多步处理后镁合金表面形成的无机耐蚀MAO膜层和有机海藻酸钠膜层对镁合金起到了协同保护作用，使其在模拟体液中的icorr降低了三个数量级，Ecoor升高了0.938 V，显示出优异的耐腐蚀性能，并能够较长时间存在于模拟体液中；抗菌结果显示富含万古霉素的海藻酸钠水凝胶涂层具有良好的抗菌性能，尤其是对阳性菌具有强的抑制作用。