硅摻雜羥基磷灰石包覆鎂合金的微波制備

申偲伯，蔡 舒，許國華，凌 瑞，葉煒琪

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硅摻雜羥基磷灰石包覆鎂合金的微波制備

申偲伯1，蔡 舒1，許國華2，凌 瑞1，葉煒琪1

1天津大學(xué)先進(jìn)陶瓷與加工技術(shù)教育部重點實驗室，天津3000722上海長征醫(yī)院，上海200003

以Ca(NO3)2×4H2O為鈣源、Na2HPO4×12H2O為磷源、Na2SiO3為硅源，采用微波液相化學(xué)法在鎂合金表面制備了硅摻雜羥基磷灰石雙層涂層。涂層表層為絮狀晶體，底層為長片狀晶體，涂層的厚度約為9.9 μm。研究了微波溶液中Na2SiO3添加量和微波溶液的pH值對硅摻雜羥基磷灰石涂層的結(jié)構(gòu)和性能的影響。結(jié)果表明，與羥基磷灰石相比，硅摻雜羥基磷灰石涂層提高了對鎂合金的保護(hù)作用，促進(jìn)了成骨細(xì)胞的增殖和分化。

硅摻雜羥基磷灰石；鎂合金；微波；耐蝕性能；生物性能

鎂及鎂合金具有良好的生物相容性、力學(xué)相容性與生物降解性，是很有潛力的一類可降解植入材料，有望應(yīng)用于骨修復(fù)、骨替代、血管支架和口腔植入物等領(lǐng)域，近年來在全世界范圍內(nèi)得到了廣泛關(guān)注[1]。然而，鎂及鎂合金在組織體液中降解過快，其力學(xué)性能失效周期遠(yuǎn)小于臨床骨缺損愈合所需時間；此外，過快降解引起的局部高鎂離子環(huán)境和高pH值也會嚴(yán)重影響受傷組織的生長和愈合[2]。鎂及鎂合金過快的降解速率成為限制其臨床應(yīng)用的主要瓶頸。因此，提高鎂及鎂合金的耐蝕性能從而延長其在人體內(nèi)的服役周期是一個備受關(guān)注的重要課題。

生物活性涂層表面改性是提高鎂及鎂合金耐蝕性能的有效方法，其設(shè)計思想結(jié)合了可降解鎂及鎂合金良好的力學(xué)相容性與生物活性涂層優(yōu)異的骨傳導(dǎo)和骨再生能力，同時可降低鎂及鎂合金的降解速率，將有望得到性能優(yōu)異的生物活性可降解植入材料[3]。目前，在鎂及鎂合金表面制備的生物活性涂層主要包括生物活性玻璃陶瓷涂層和CaP涂層等。

近年來，本課題組對生物活性涂層包覆鎂合金的制備與性能進(jìn)行了系統(tǒng)研究：采用溶膠凝膠法在鎂合金表面制備了45S5生物玻璃陶瓷涂層[4]、CaP玻璃陶瓷涂層[5]和羥基磷灰石涂層[6]；采用水熱法在鎂合金表面制備了羥基磷灰石/植酸雜化涂層[7]；采用液相化學(xué)法在鎂合金表面制備了片狀磷酸氫鎂涂層[8]。雖然上述制備方法各具特點，但也都存在有一定的局限性，如溶膠凝膠法無法對涂層的形貌進(jìn)行有效調(diào)控；水熱法通常需要較長時間 (1 h ~ 4 h)，并不是節(jié)能高效的制備方法。

近年來，微波加熱在液相合成領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用[9]。研究表明，微波輻射可以顯著提高極性分子系統(tǒng)的化學(xué)反應(yīng)速率[10]。此外，微波輻射還可以促進(jìn)涂層在生長過程中的發(fā)散和延長[11]，有利于得到完整的涂層結(jié)構(gòu)。羥基磷灰石 [HA, Ca5(PO4)3OH] 是CaP陶瓷的一種，具有與人骨無機(jī)物相似的組成和結(jié)構(gòu)、良好的生物活性與生物相容性[12]。為了提高羥基磷灰石的生物性能，可以在羥基磷灰石晶格中引入硅酸根離子，得到硅摻雜羥基磷灰石。Porter等[13]指出，硅酸根可以抑制羥基磷灰石晶體的生長，進(jìn)而降低其結(jié)晶度，提高了溶解性和生物活性。

本文采用微波液相化學(xué)法，通過在溶液中添加偏硅酸鈉，在鎂合金表面制備硅摻雜羥基磷灰石涂層，研究了硅酸鈉添加量、微波溶液pH值對涂層物相、形貌、電化學(xué)性能和生物性能的影響。

1 實 驗

1.1 試樣制備

將AZ31鎂合金板加工為尺寸10 mm × 10 mm × 2 mm的片狀試樣，用2000# SiC砂紙打磨后置于1.5 mol/l的NaOH溶液中于80°C保溫1 h，用去離子水潤洗、烘干。

分別將0 g、0.13 g、0.26 g Na2SiO3加入40 mL去離子水中，磁力攪拌均勻，用稀HNO3將溶液的pH值調(diào)至6.00；將0.153 g Ca(NO3)2?4H2O加入30 mL去離子水中，磁力攪拌均勻；將0.05 g Na2HPO4?12H2O加入30 mL去離子水中，磁力攪拌均勻，用稀HNO3將溶液的pH值調(diào)至6.80。而后，將Ca(NO3)2溶液和Na2HPO4溶液逐滴加入到Na2SiO3溶液中，磁力攪拌均勻，用稀HNO3將混合溶液的pH值調(diào)至6.25至6.70，得到微波溶液。

將堿處理后的鎂合金片置于盛有微波溶液的燒杯中，將燒杯置于微波化學(xué)反應(yīng)器 (2450 MHz) 中快速加熱至100°C，保溫10 min后將試樣立即取出，用去離子水和乙醇潤洗、熱風(fēng)吹干，得到涂層包覆鎂合金試樣。

1.2 試樣表征

采用日本Rigaku公司的D/Max-2500型X射線衍射儀 (XRD) 分析涂層的物相，以Cu Kα為射線源，掃描速率為4°/min。采用日本Hitachi公司的S-4800型掃描電鏡 (SEM) 觀察涂層表面形貌。

電化學(xué)測試以pH值為7.4、溫度為37°C的模擬體液 (Simulated Body Fluid, SBF)[14]作為測試介質(zhì)。電化學(xué)測試采用三電極系統(tǒng)：飽和甘汞電極為參比電極；鉑電極為對電極；涂層包覆鎂合金為工作電極。其中，試樣使用環(huán)氧樹脂封裝，裸露面積為100 mm2。測試之前，將工作電極在SBF中浸泡10 min得到穩(wěn)定的開路電位，交流阻抗測試所用的正弦擾動信號的振幅為5 mV，頻率范圍為100 kHz ~ 0.01 Hz。對于每組試樣，至少進(jìn)行5次平行測試保證重復(fù)性。

1.3 細(xì)胞相容性測試

細(xì)胞培養(yǎng)之前，涂層包覆鎂合金試樣依次用生理鹽水、蒸餾水沖洗，然后使用輻照劑量為25 kGy的Co-60射線對試樣進(jìn)行消毒。選用成骨細(xì)胞系MC3T3-E1為培養(yǎng)對象。細(xì)胞培養(yǎng)基選用DMEM (Dulbecco’s Modified Eagle’s Medium) 并含有10% 胎牛血清，溫度為37°C，濕度為含有5% CO2的飽和濕度。將清洗、消毒后的試樣移至24孔板，每孔滴加1.5 mL密度為1.0 × 105cells/mL的細(xì)胞懸浮液。細(xì)胞培養(yǎng)1 d、4 d和7 d之后，分別用四甲基偶氮唑鹽比色法 (MTT) 分析試樣表面成骨細(xì)胞的增殖情況，在細(xì)胞培養(yǎng)板中每孔加入1 mL的MTT溶液，然后使用酶標(biāo)儀在490 nm的波長下讀取吸光度。細(xì)胞培養(yǎng)4 d和7 d之后，分別采用逆轉(zhuǎn)錄多聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng) (Reverse Transcription-Polymerase Chain Reaction, RT-PCR) 技術(shù) (管家基因為GAPDH) 測量主要成骨細(xì)胞分化標(biāo)記物：RUNX2轉(zhuǎn)錄因子、骨鈣蛋白 (OC) 和I型膠原蛋白 (COL-I) 的表達(dá)。使用數(shù)學(xué)軟件SPSS進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，每個實驗點進(jìn)行8次平行測試。

2 結(jié)果與討論

2.1 Na2SiO3添加量對涂層結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能的影響

為了獲得硅摻雜羥基磷灰石涂層，在微波溶液中添加適量的Na2SiO3。由于微波溶液為弱酸性，Na2SiO3在溶液中將發(fā)生水解反應(yīng)形成硅溶膠 [Si(OH)4][15]。為了研究微波溶液中Na2SiO3添加量對涂層的物相、形貌和電化學(xué)性能的影響，將微波溶液的pH值固定為6.30。XRD測試表明，添加0 g，0.13 g和0.26 g Na2SiO3的微波溶液得到的涂層均為單相羥基磷灰石結(jié)構(gòu)。以添加0.13 g Na2SiO3得到的涂層為例，其XRD譜圖如圖1 (a) 所示。與鎂合金裸片的XRD譜圖 [圖1 (b)] 相比，涂層的圖譜在2為25.9°和32.2° 的位置處均出現(xiàn)了六方羥基磷灰石的特征峰 (JCPDS No. 74-0566)。

圖1 (a) 添加0.13 g Na2SiO3的微波溶液得到的涂層和 (b) 鎂合金裸片的XRD譜圖

Figure 1 XRD patterns of (a) the coating prepared with 0.13 g Na2SiO3addition and (b) naked magnesium alloy

添加不同Na2SiO3得到的羥基磷灰石涂層的表面形貌如圖2所示。對比低倍照片 [圖2 (a)、(c) 和 (e)]，發(fā)現(xiàn)Na2SiO3添加量為0.13 g時得到的涂層表面均勻平整；不添加Na2SiO3得到的涂層表面不如前者致密；當(dāng)Na2SiO3添加量為0.26 g時，得到的羥基磷灰石涂層表面出現(xiàn)明顯裂紋。對比相應(yīng)的高倍放大圖 [圖2 (b)、(d) 和 (f)]，發(fā)現(xiàn)當(dāng)Na2SiO3添加量為0.13 g時，得到的涂層表面為絮狀晶體；當(dāng)不添加Na2SiO3時，得到的涂層表面由絮狀晶體和長片狀晶體雜化構(gòu)成；當(dāng)Na2SiO3添加量為0.26 g時，得到的涂層表面為大尺寸的團(tuán)聚物。

圖2 在添加不同劑量Na2SiO3的微波溶液中得到的羥基磷灰石涂層表面形貌

Figure 2 Surface morphologies of the hydroxyapatite coatings prepared with different Na2SiO3 addition:(a, b) 0 g; (c, d) 0.13 g; (d, f) 0.26 g

在微波輻射下，微波溶液逐漸沸騰，微波溶液溫度的升高提高了羥基磷灰石成核和長大的化學(xué)驅(qū)動力，進(jìn)而大量羥基磷灰石從微波溶液中析出。在微波液相化學(xué)反應(yīng)中，微波溶液中的羥基 (OH-) 由Si(OH)4和Mg(OH)2共同提供。Si(OH)4是由Na2SiO3水解制得；而Mg(OH)2則是在對鎂合金進(jìn)行堿處理時其表面形成的產(chǎn)物。呈空間分布的羥基有效促進(jìn)了羥基磷灰石同時在微波溶液和鎂合金表面均勻、快速的異相成核和長大。隨著Na2SiO3添加量由0 g增大至0.26 g，微波溶液中硅溶膠的濃度逐漸增大。當(dāng)微波溶液中不含硅溶膠時，羥基磷灰石只能自發(fā)成核，所以得到的絮狀晶體較少；當(dāng)微波溶液中含硅溶膠過多時 (添加0.26 g Na2SiO3)，絮狀晶體發(fā)生了明顯團(tuán)聚，降低了涂層的均勻性，進(jìn)而產(chǎn)生裂紋。因此，只有在合適濃度下 (如添加0.13 gNa2SiO3)，硅溶膠才能促使絮狀晶體在鎂合金表面均勻、致密地沉積，有望實現(xiàn)對鎂合金有效保護(hù)。

硅溶膠除了發(fā)揮羥基輔助異相成核作用之外，還可進(jìn)入羥基磷灰石晶格取代PO43-。為了確定進(jìn)入到羥基磷灰石晶格中硅的量，對圖2中A區(qū)域進(jìn)行EDS分析，結(jié)果如表1所示。所得到的硅摻雜羥基磷灰石涂層中的Ca/(P+Si) 摩爾比約為1.14，小于羥基磷灰石的理論Ca/P摩爾比1.67，這說明有一定量的Mg2+進(jìn)入了羥基磷灰石晶格取代Ca2+。

表1 硅摻雜羥基磷灰石涂層的能譜數(shù)據(jù)

表2添加不同Na2SiO3的微波溶液得到的試樣的電荷轉(zhuǎn)移電阻

Table 2 Charge transfer resistance of the samples with different Na2SiO3 addition

硅摻雜羥基磷灰石涂層的形成過程可由下式表示：

(10-) Ca2++Mg2++ (6-) PO43-+SiO44-+ (2-) OH-?Ca10-xMg(PO4)6-y(SiO4)y(OH)2-y

計算可得，約為3.16，約為0.39。當(dāng)Na2SiO3添加量為0.13 g時，微波溶液中Si/P摩爾比為7.6，遠(yuǎn)大于得到的硅摻雜羥基磷灰石涂層的Si/P摩爾比 (0.070)。

添加不同Na2SiO3的微波溶液得到的試樣的電荷轉(zhuǎn)移電阻如表2所示。具有致密、平整表面結(jié)構(gòu)的試樣 (Na2SiO3添加量為0.13 g) 具有較大的電荷轉(zhuǎn)移電阻，為43.3 k?×cm2。不添加Na2SiO3的試樣表面絮狀晶體不致密，不能起到有效的物理屏障作用，所以其電荷轉(zhuǎn)移電阻較小 (26.1 k?×cm2)。對于Na2SiO3添加量為0.26 g的試樣，其表面出現(xiàn)裂紋，腐蝕液體將通過裂紋向涂層內(nèi)部滲透，進(jìn)而接觸到鎂合金基體，所以試樣的電荷轉(zhuǎn)移電阻更小，為9.3 k?×cm2。由此可見，微波溶液中Na2SiO3的添加量為0.13 g時得到的硅摻雜羥基磷灰石涂層表面致密、平整，且試樣具有較大的電化學(xué)阻抗。在以下的討論中，Na2SiO3的添加量將固定為0.13 g。

2.2 微波溶液的pH值對涂層形貌和電化學(xué)性能的影響

有研究指出[16]，在羥基磷灰石析出反應(yīng)中，羥基磷灰石析出的化學(xué)驅(qū)動力與微波溶液的pH值及反應(yīng)溫度密切相關(guān)，pH值的增大和微波溶液溫度的升高都將提高羥基磷灰石析晶和長大的化學(xué)驅(qū)動力。此外，化學(xué)驅(qū)動力將影響羥基磷灰石涂層的形貌，進(jìn)而影響對鎂合金的保護(hù)作用，為此本文研究了微波溶液的pH值對羥基磷灰石涂層形貌和電化學(xué)性能的影響。

不同pH值微波溶液得到的硅摻雜羥基磷灰石涂層的表面形貌顯著不同，如圖3所示。當(dāng)微波溶液pH值為6.25時，得到的涂層由大量長片狀晶體近似垂直排列而成 [圖3 (a)]；當(dāng)微波溶液pH值為6.30時，得到的涂層具有雙層結(jié)構(gòu) [圖3 (b)]：表層為絮狀晶體，底層為長片狀晶體 [長片狀晶體的放大像如圖3 (b) 中插圖所示]，其中，表層絮狀晶體幾乎完全覆蓋底層長片狀晶體；當(dāng)微波溶液pH值為6.35時，得到的涂層表層絮狀晶體產(chǎn)生了一定的團(tuán)聚，導(dǎo)致其致密度下降，不能完全覆蓋底層長片狀晶體 [圖3 (c)]；當(dāng)微波溶液的pH值為6.45時，得到的涂層表層絮狀晶體產(chǎn)生了不均勻團(tuán)聚，分布在底層長片狀晶體表面 [圖3 (d)]；當(dāng)微波溶液的pH值為6.70時，得到的涂層表層絮狀晶體產(chǎn)生了嚴(yán)重團(tuán)聚，形成若干大球狀結(jié)構(gòu)，同時底層晶體由長片狀轉(zhuǎn)變?yōu)閳A片狀 [圖3 (e)]。以上現(xiàn)象說明，微波液相化學(xué)法制備的硅摻雜羥基磷灰石涂層為雙層結(jié)構(gòu)，表層晶體和底層晶體的形貌都與微波溶液的pH值密切相關(guān)。

圖3不同pH值的微波溶液得到的涂層表面形貌：(a) 6.25; (b) 6.30; (c) 6.35; (d) 6.45; (e) 6.70。(f) 為pH = 6.30的微波溶液得到的涂層的截面形貌

Figure 3 Surface morphologies of the coatings prepared with different pH value of the microwave solution: (a) 6.25, (b) 6.30, (c) 6.35, (d) 6.45 and (e) 6.70. (f) shows the cross-section morphology of the coating prepared with the pH value of 6.30

為了得到結(jié)構(gòu)致密、完整的硅摻雜羥基磷灰石雙層涂層，微波溶液的pH值選定為6.30。若微波溶液的pH值過小 (如6.25)，則硅摻雜羥基磷灰石析出的化學(xué)驅(qū)動力太小，導(dǎo)致表層晶體不能析出，只得到底層長片狀晶體，這也說明Mg-OH比Si-OH具有更強(qiáng)誘導(dǎo)羥基磷灰石成核的能力；若微波溶液的pH值過大 (如6.35 ~ 6.70)，則硅摻雜羥基磷灰石析出的化學(xué)驅(qū)動力過大，導(dǎo)致表層晶體和底層晶體同時劇烈析出，為了降低硅摻雜羥基磷灰石晶體和微波溶液的界面能，必然造成硅摻雜羥基磷灰石晶體自發(fā)團(tuán)聚。此外，由于硅摻雜羥基磷灰石的劇烈析出，導(dǎo)致微波溶液中Ca2+和PO43-的濃度下降，不能夠在液相化學(xué)反應(yīng)后期析出足夠的表層晶體，所以pH值為6.70的微波溶液得到的涂層的表層僅為零星的花狀團(tuán)聚物。同時，微波溶液中Ca2+和PO43-的缺乏也會導(dǎo)致底層晶體無法長成長片狀，只能得到圓片狀結(jié)構(gòu)。

為了評價硅摻雜羥基磷灰石涂層形貌變化對鎂合金保護(hù)作用的影響，對不同pH值微波溶液得到的試樣進(jìn)行了交流阻抗測試，結(jié)果列于表3。試樣的電荷轉(zhuǎn)移電阻與涂層的形貌密切相關(guān)，具有致密表層結(jié)構(gòu)的硅摻雜羥基磷灰石涂層 (pH = 6.30) 起到了較好的物理屏障作用，其電荷轉(zhuǎn)移電較大，為43.3 k?×cm2。

表3不同pH值的微波溶液得到的試樣的電荷轉(zhuǎn)移電阻

2.3硅摻雜羥基磷灰石包覆鎂合金的細(xì)胞相容性

由上可知，“硅摻雜”提高了羥基磷灰石涂層表層絮狀晶體的致密度，進(jìn)而提高了試樣的電化學(xué)阻抗。當(dāng)微波溶液的pH值為6.30時，得到的試樣具有較大的電化學(xué)阻抗。對于可降解鎂合金植入物，必須具備一定的耐蝕性能，同時還應(yīng)該具備一定的細(xì)胞相容性。以Na2SiO3添加量為0.13 g得到的硅摻雜羥基磷灰石包覆鎂合金為測試樣，羥基磷灰石包覆鎂合金為參比樣，進(jìn)行了細(xì)胞培養(yǎng)實驗。成骨細(xì)胞培養(yǎng)1 d、4 d和7 d之后，使用MTT法分析不同試樣表面細(xì)胞增殖情況，結(jié)果如圖4所示。

圖4 成骨細(xì)胞在不同試樣表面培養(yǎng)不同周期后的細(xì)胞活性

Figure 4 Cell viability of different samples after being cultured for different periods.

從細(xì)胞活性變化的整體趨勢來看，隨著培養(yǎng)時間的延長，兩組試樣的細(xì)胞活性均下降，這是由于在細(xì)胞培養(yǎng)初期鎂合金逐漸降解導(dǎo)致培養(yǎng)基的堿化造成的。培養(yǎng)7 d后，硅摻雜羥基磷灰石包覆鎂合金的細(xì)胞活性為44%，顯著高于羥基磷灰石包覆鎂合金32%，這是由于硅摻雜羥基磷灰石涂層為鎂合金提供了較好的保護(hù)作用，減弱了培養(yǎng)基的堿化。

本實驗所使用的基體為商用AZ31鎂合金，其本身的耐蝕性能較差，所以沒有對鎂合金裸片進(jìn)行細(xì)胞相容性測試。在Kim等人[17]的研究中，細(xì)胞培養(yǎng)7 d后，具有較高耐蝕性的純鎂裸片的細(xì)胞活性僅為大約10%。由此預(yù)測，本實驗中所用的AZ31鎂合金裸片的細(xì)胞活性將會更小。

骨生成是多種因素調(diào)節(jié)的復(fù)雜過程。本研究中，通過檢測主要成骨細(xì)胞分化相關(guān)標(biāo)記物 (如RUNX2轉(zhuǎn)錄因子、I型膠原蛋白和骨鈣蛋白) 來評價成骨細(xì)胞在試樣表面的分化情況。成骨細(xì)胞分化可分為三個主要階段：骨細(xì)胞外基質(zhì)合成階段、成熟階段和礦化階段。在成骨細(xì)胞分化的不同階段，不同標(biāo)記物發(fā)揮的作用不同：在成骨細(xì)胞分化早期，RUNX2轉(zhuǎn)錄因子發(fā)揮了重要的正向調(diào)控作用；I型膠原蛋白是骨細(xì)胞外基質(zhì)的主要成分；骨鈣蛋白在礦化階段分泌入骨細(xì)胞外基質(zhì)，是一種礦化結(jié)合蛋白，是成骨細(xì)胞分化晚期標(biāo)記物。

成骨細(xì)胞在試樣表面培養(yǎng)不同周期后的半定量RT-PCR結(jié)果如圖5所示。由圖5 (a) 可以看出，細(xì)胞培養(yǎng)7 d后，硅摻雜羥基磷灰石包覆鎂合金RUNX2轉(zhuǎn)錄因子的表達(dá)顯著高于羥基磷灰石包覆鎂合金，說明硅摻雜羥基磷灰石涂層上調(diào)了主要成骨基因。由圖5 (b) 和圖5 (c) 可以看出，細(xì)胞培養(yǎng)7 d后，硅摻雜羥基磷灰石包覆鎂合金I型膠原蛋白和骨鈣蛋白的表達(dá)均顯著高于羥基磷灰石包覆鎂合金，說明硅摻雜羥基磷灰石涂層具有較高的成骨細(xì)胞外基質(zhì)礦化能力。“硅摻雜”提高了羥基磷灰石涂層表層絮狀晶體的致密度，增大了涂層的比表面積，進(jìn)而增強(qiáng)了成骨細(xì)胞的分化。

圖5 成骨細(xì)胞在不同試樣表面培養(yǎng)不同周期后的半定量RT-PCR結(jié)果：(a) RUNX2的表達(dá); (b) I型膠原蛋白的表達(dá); (c) 骨鈣蛋白的表達(dá)

Figure 5 Semiquantitive RT-PCR restults obtained on different samples after being cultured for different periods: (a) RUNX2, (b) COL-I and (c) OC

3 結(jié) 論

采用微波液相化學(xué)法在鎂合金表面制備了硅摻雜羥基磷灰石雙層涂層：表層為絮狀晶體，底層為長片狀晶體，涂層的厚度為9.9 μm。當(dāng)微波溶液中Na2SiO3的添加量為0.13 g，微波溶液的pH值為6.30，微波加熱時間為10 min，得到的硅摻雜羥基磷灰石涂層具有較大的電化學(xué)阻抗，為43.3 k?×cm2?！肮钃诫s”提高了羥基磷灰石涂層表層絮狀晶體的致密度，進(jìn)而提高了對鎂合金的保護(hù)作用，促進(jìn)了成骨細(xì)胞的增殖和分化。

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Microwave Preparation of Silicon-Substituted Hydroxyapatite Coated Magnesium Alloy

SHEN Si-Bo1, CAI Shu1, XU Guo-Hua2, LING Rui1, YE Wei-Qi1

1Key Laboratory for Advanced Ceramics and Machining Technology of Ministry of Education, Tianjin University, Tianjin 300072, China2Shanghai Changzheng Hospital, Shanghai 200003, China

In order to improve the corrosion resistance and biological performance of degradable magnesium alloy, in this work, silicon-substituted hydroxyapatite bilayer coatings were prepared on magnesium alloy via microwave aqueous chemical route for only 10 min with Ca(NO3)2×4H2O, Na2HPO4×12H2O and Na2SiO3as the raw materials. The coating consists of cotton-like crystals as the surface layer and strip-like crystals as the bottom layer, and the coating thickness is about 9.9μm. The influence of Na2SiO3addition and pH value of the microwave solution on the structure and performance of the coated magnesium alloy were investigated. The results indicated that, compared with hydroxyapatite coating, silicon-substituted hydroxyapatite coating improved the protective effect to magnesium alloy as well as enhanced the osteoblast proliferation and differentiation.

Silicon-substituted hydroxyapatite coating; Magnesium alloy; Microwave preparation; Corrosion resistance; Biological performance

A

1005-1198 (2016) 05-0332-08

F426.32

10.16253/j.cnki.37-1226/tq.2016.06.009

2016-06-23收到修改稿時間：2016-08-28

國家自然科學(xué)基金 (51372166和81271954)。

申偲伯 (1988-), 男, 河北秦皇島人, 博士研究生。E-mail: shen_sibo@126.com。

蔡 舒 (1965-), 女, 江西萍鄉(xiāng)人, 教授。E-mail: caishu@tju.edu.cn。