镁合金表面制备纳米结构氧化锌抗菌薄膜及其相关性能研究

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为了赋予可降解生物医用镁合金(AZ31B)具有抗菌、减缓腐蚀速度的功能,本文利用飞秒激光对镁合金表面进行微纳加工处理,处理后的镁合金放入硝酸锌溶液和氢氧化钠溶液中反复浸泡,然后进行真空烧结,成功地在AZ31B表面制备了纳米结构氧化锌薄膜。使用金相显微镜(OM)、原子力显微镜(AFM)研究了不同飞秒激光加工工艺参数对镁合金表面形貌及粗糙度的影响。利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和接触角测量仪等手段对薄膜的形貌、微观组织、相组成、亲疏水性等进行了研究。通过极化曲线、体外模拟体液浸泡试验评价了制备薄膜后镁合金的耐腐蚀性、降解行为,通过体外细胞培养实验研究其细胞相容性,通过抑菌圈法研究薄膜的抗菌效果。研究结果如下:(1)研究飞秒激光工艺参数对AZ31B表面形貌的影响,结果表明,当重复频率为0时,镁合金表面光滑平整,随着重复频率的不断增加,镁合金表面出现了不同大小、分布不均的珊瑚状结构,当重复频率达到500k Hz,AZ31B表面出现了分布均匀,形态良好的珊瑚状形貌,通过AFM结果表明,当重复频率为500k Hz时,镁合金表面的平均粗糙度和最高粗糙度的数值均较高。(2)SEM研究结果表明,AZ31B表面的纳米氧化锌薄膜呈树枝状,且薄膜表面存在少量孔洞。XRD研究结果发现,纳米氧化锌薄膜中的主要物相为Zn和Zn O。接触角测试表明纳米薄膜的亲水性减弱。(3)静态腐蚀实验结果表明,制备纳米结构氧化锌薄膜的镁合金质量损失比没有薄膜的镁合金大,其p H值的变化与无薄膜的镁合金相似。电化学实验结果表明,薄膜可以有效的增强镁合金的耐蚀性,减缓腐蚀速率。(4)CCK-8检测结果表明,纳米结构氧化锌薄膜的镁合金对细胞毒性相比无薄膜的镁合金减弱,MG63细胞可以在薄膜表面正常增殖,并且OD值比无薄膜镁合金大,说明其生物活性和细胞增殖能力比无薄膜的镁合金强。FDA染色实验结果表明,具有纳米结构氧化锌薄膜镁合金表面可以观察到数量较多的细胞。通过抑菌圈法测试抗菌性表明,纳米薄膜的镁合金周围出现了抑制圈,表明该薄膜抗菌效果明显。
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