微量元素掺杂改性医用镁合金氧化膜的制备及性能研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51861007
  • 项目类别:
    地区科学基金项目
  • 资助金额:
    39.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0103.金属材料使役行为与表面工程
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Magnesium has been suggested as a revolutionary biodegradable metal for use as an orthopaedic material. However, the too fast degradation rate in vivo restricts its clinical applications. As an effective surface treatment method, micro-arc oxidation (MAO) can improve the corrosion resistance and the biocompatibility of magnesium alloys. Iron, zinc and copper are essential trace elements for bone growth. In addition, zinc and copper possess antibacterial ability. In order to promote and accelerate the formation of osseointegration, based on the principle of bionics, medical functional ceramic coatings doped with iron, zinc and copper elemens are fabricated on magnesium alloys in the project by adding iron, zinc and copper salts into a nertural solution composed of calcium salts and phosphorus-containing compounds. The influences of iron, zinc and copper salts concentration and electric parameters on coating properties such as chemical compositions, corrosion resistance, biocompatibility, antibacterial ability and bioactivity are investigated. The influencing regularity of trace elements on the performance of anodic coatings with each other is also clarified. The coating structure with excellent corrosion reistance and biocompatibilty and the preparation technology are obtained by using an orthogonal experiment. In vivo degradable regularity of MAO treated samples and the mechanism of new bone formation induced by trace elements are discussed by the animal implantion test. The research achievements will reveal the mechanism of trace elements jointly taking part in the coating formation, clarify the regularity about the structure change and corrosion degradation of anodic coatings in vitro and in vivo, establish the model of new bone development in vivo induced by trace elements. These results will provide the important theoretical foundation and experimental data for the development of anodic coaitngs with excellent corroson resistance, good antibacterial and bioactive property on medical magnesium alloys.
镁被认为是一种革命性的可降解金属骨科植入材料,但其在体内降解速度过快。微弧氧化能有效改善镁合金的耐蚀性和生物相容性。铁、锌、铜是骨生长必不可少的微量元素,且锌和铜还具有抗菌性。为促进和加速骨结合,本项目根据仿生学原理,在以钙盐和含磷物为主要组分的中性溶液中,添加铁、锌和铜盐,在镁合金表面制备铁、锌和铜掺杂改性的生物医学功能涂层。拟研究铁、锌、铜盐浓度和电参数对氧化膜成分、耐蚀性、生物相容性、抗菌性和生物活性影响,清晰微量元素之间共同影响涂层性能的规律。使用正交实验,获得具有高耐蚀性和生物相容性抗菌涂层的结构与制备工艺。采用动物体内植入实验,探讨氧化样品体内降解规律和微量元素诱导新骨形成机制。研究成果有望揭示微量元素共同参与氧化膜形成的机制,清晰氧化膜体内外组织演化与腐蚀降解规律,建立微量元素体内诱导新骨生长模型,为在医用镁合金表面制备高耐蚀性抗菌性生物活性涂层提供重要的理论基础和实验数据。

结项摘要

铁、锌、铜是骨生长必不可少的微量元素。本项目根据仿生学原理,采用微弧氧化在镁合金表面制备铁、锌和铜掺杂改性的生物医学功能涂层。.与磷酸相比,植酸能增加涂层厚度和涂层与镁合金基体之间的结合力,因而更有效地提高膜层耐蚀性。氧化膜中氟含量与其生物相容性密切相关。在仅含植酸或磷酸溶液中制备的微弧氧化涂层F含量高于19.00 at%,因而显示出高毒性。.在近中性溶液中,研究了0, 6, 12和18 g/L EDTAFeNa浓度对WE43镁合金氧化膜性能影响。结果表明,在镁合金表面制备的含铁氧化膜能显著提高镁合金的耐蚀性和体外生物相容性。随着EDTAFeNa浓度增加,氧化膜中铁含量增加,但涂层耐蚀性下降。.使用一步微弧氧化,能在WE43镁合金表面成功制备含锌量最高为4.12 wt.%的涂层。影响氧化膜中Zn元素含量的大小顺序为:EDTA-ZnNa2 > NH4HF2 > H3PO4 > 植酸。制备的含锌氧化膜具有很好的耐蚀性,其腐蚀电流密度比基体低两个数量级。.EDTA离子和铜离子对镁合金均具有腐蚀作用。随着EDTA-CuNa2浓度增加,Mg与溶液中的Cu离子发生了氧化还原反应,在镁合金表面析出更多的铜。但由于溶液中含有更多的EDTA腐蚀离子,最终使镁合金的耐蚀性变差。.植酸钠能增加氧化膜中磷和钙含量、厚度和结合力。微弧氧化尤其是在基本溶液中添加4 g/L植酸钠能显著提高AZ31B镁合金耐蚀性和体外生物相容性。微弧氧化过程中,植酸裂解成磷酸根和低级磷酸肌醇;96小时急性毒性试验表明,50%微弧氧化溶液对彭泽鲫没有毒性。.在镁合金表面制备含锆0 at%, 12.80 at% (MAO-Zr10)和20.34 at% (MAO-Zr20)的微弧氧化样品。体外实验表明MAO-Zr10和MAO-Zr20不仅具有很好耐蚀性和生物相容性,而且能抑制锯齿细胞的炎症反应。体内实验表明MAO-Zr10和MAO-Zr20具有很好的骨免疫调节特性。

项目成果

期刊论文数量(12)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(1)
Characteristics of selenium-containing coatings on WE43 magnesium alloy by micro-arc oxidation
WE43镁合金微弧氧化含硒镀层特性
  • DOI:
    10.1016/j.matlet.2019.126944
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Materials Letters
  • 影响因子:
    3
  • 作者:
    Shi Xiaoting;Zhu Yuanyuan;Zhang Shufang;Zhao Rongfang;Zhang Rongfa;Chen Lu;Zhang Yijia
  • 通讯作者:
    Zhang Yijia
AZ31B镁合金表面含钛涂层的制备及耐蚀性
  • DOI:
    10.11868/j.issn.1005-5053.2018.001019
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    航空材料学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    师晓亭;朱园园;李国强;张淑芳;赵融芳;张祎家;张荣发
  • 通讯作者:
    张荣发
EDTA-CuNa_2对医用镁合金微弧氧化膜性能的影响
  • DOI:
    10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2021.02.006
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    表面技术
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张淑芳;赵龙志;张荣发;赵融芳;李国强;师晓亭
  • 通讯作者:
    师晓亭
Performance and failure process of green recycling solutions for preparing high degradation resistance coating on biomedical magnesium alloys
生物医用镁合金高抗降解涂层绿色回收解决方案的性能与失效过程
  • DOI:
    10.1039/d2gc02638d
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Green Chemistry
  • 影响因子:
    9.8
  • 作者:
    Jin Qin;Xiaoting Shi;Hongyu Li;Rongfang Zhao;Guoqiang Li;Shufang Zhang;Liyun Ding;Xuejun Cui;Ying Zhao;Rongfa Zhang
  • 通讯作者:
    Rongfa Zhang
Investigation of corrosion resistance and formation mechanism of calcium-containing coatings on AZ31B magnesium alloy
AZ31B镁合金耐蚀性及含钙涂层形成机理研究
  • DOI:
    10.1016/j.apsusc.2019.05.049
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Applied Surface Science
  • 影响因子:
    6.7
  • 作者:
    Zhu Yuanyuan;Gao Weidong;Huang Huade;Chang Wenhui;Zhang Shufang;Zhang Rongfa;Zhao Rongfang;Zhang Yijia
  • 通讯作者:
    Zhang Yijia

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其他文献

Property of anodic coatings obtained in an organic, environmental electrolyte by micro arc oxidation on magnesium alloy
有机环境电解液中镁合金微弧氧化阳极镀层的性能
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2011
  • 期刊:
    Advanced Materials Research
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张荣发
  • 通讯作者:
    张荣发
Property of anodic coatings obtained in an organic environmental friendly electrolyte on aluminum alloy 2024-T3
铝合金2024-T3有机环保电解液阳极氧化膜的性能
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    Applied Surface Science
  • 影响因子:
    6.7
  • 作者:
    张荣发
  • 通讯作者:
    张荣发
表面活性剂非共价功能化处理制备碳纳米管悬浊液
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    过程工程学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    胡长员;廖晓宁;李文魁;张荣发;向军淮;李明升;多树旺;李凤仪
  • 通讯作者:
    李凤仪
Effects of C6H18O24P6 on properties of micro arc coatings formed on AZ91HP magnesium alloy in Na2SiO3 electrolyte
Na2SiO3电解液中C6H18O24P6对AZ91HP镁合金微弧涂层性能的影响
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2024-09-14
  • 期刊:
    Transactions of Nonferrous Metals Society of China
  • 影响因子:
    4.5
  • 作者:
    张荣发;向军淮;巢强花;多树旺;李明升;李义魁;何向明;胡长员
  • 通讯作者:
    胡长员
含钙电解质对Mg-1.0Ca合金微弧氧化膜性能的影响
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
    中国有色金属学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张荣发
  • 通讯作者:
    张荣发

其他文献

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张荣发的其他基金

钛合金表面高生物相容性涂层的绿色制备及性能研究
  • 批准号:
    52261017
  • 批准年份:
    2022
  • 资助金额:
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    地区科学基金项目
微量元素改性钛合金抗菌性生物活性涂层的制备及性能研究
  • 批准号:
    51661010
  • 批准年份:
    2016
  • 资助金额:
    40.0 万元
  • 项目类别:
    地区科学基金项目
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  • 资助金额:
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  • 项目类别:
    地区科学基金项目

相似国自然基金

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AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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