基于EPD技术的SiO?涂层在NiTi合金上的应用：心血管应用中的生物相容性与腐蚀挑战

《Journal of Materials Research and Technology》：EPD-Derived SiO 2 Coatings on NiTi Alloys: Biocompatibility and Corrosion Challenges in Cardiovascular Applications

NiTi合金表面通过电泳沉积（EPD）制备硅 dioxide涂层，以提升心血管植入物的生物相容性和耐腐蚀性。研究发现涂层存在结构不均和微裂纹，导致腐蚀敏感性增加，但表面亲水性增强，自由能提高，细胞粘附率优化（4:6配比最佳），并显著降低血小板粘附和血栓形成风险。需进一步优化工艺提升涂层均匀性和长期稳定性。

　　NiTi形状记忆合金因其独特的机械性能和良好的生物相容性，广泛应用于心血管植入物中。然而，其高镍含量可能会引发生物相容性问题，例如免疫毒性效应和过敏反应，这些因素限制了其在长期植入中的应用。因此，研究者们致力于通过表面改性技术来改善这些合金的性能，以提高其在生物环境中的稳定性和安全性。本文重点探讨了一种通过电泳沉积（EPD）技术在NiTi合金表面制备二氧化硅（SiO?）涂层的方法，旨在增强其抗腐蚀能力和血相容性，为心血管植入物的开发提供新的思路。

### NiTi合金的优势与挑战

NiTi合金因其能够“记住”原始形状的特性，被称为形状记忆合金（SMA），在医疗领域具有广泛的应用价值。其独特的超弹性特性使得这种材料非常适合用于需要变形和恢复功能的医疗器械，如血管支架、静脉滤器、血管介入导丝等。这些装置在微创手术中发挥着关键作用，不仅减少了手术风险，还提高了治疗的精确性和有效性。此外，NiTi合金在其他医学领域，如骨科、正畸和软组织手术中也有应用。

尽管NiTi合金的生物相容性接近纯钛，但其高镍含量仍是影响长期植入安全性的主要问题。镍离子的释放可能引发免疫反应，如皮肤和呼吸道过敏。因此，表面改性成为解决这一问题的关键策略之一。通过在合金表面形成一层保护性的涂层，可以有效减少金属离子的释放，同时改善材料与组织的相互作用，提高其在体内环境中的稳定性。

### 电泳沉积技术及其在表面改性中的应用

电泳沉积是一种低能耗、操作简便的表面改性技术，尤其适用于需要低温处理的材料。它通过在电场作用下，将带电粒子从悬浮液中沉积到导电基材表面，从而形成均匀的涂层。EPD技术在多种生物材料表面改性中被广泛应用，包括金属、陶瓷和聚合物材料。它不仅可以控制涂层的形态和厚度，还可以在室温下进行，这有助于保持NiTi合金的原有特性。

然而，EPD技术在制备SiO?涂层方面仍存在一定的挑战。SiO?涂层在心血管植入物上的应用尚未得到充分研究，尤其是在生物相容性方面的表现。尽管已有研究表明，SiO?涂层能够有效减少镍离子的释放，增强表面润湿性和抗菌性，但这些研究主要集中在骨科材料上，而针对心血管应用的研究仍显不足。因此，本文尝试在NiTi合金表面使用EPD技术制备多功能SiO?涂层，并探讨其在心血管植入物中的潜力。

### SiO?涂层的制备与性能分析

为了实现有效的涂层沉积，研究者对EPD过程进行了优化。首先，使用激光切割技术制备了直径为14 mm、厚度为0.8 mm的NiTi圆片作为基材，并通过电化学抛光处理，使其表面粗糙度（Ra）降低至0.16 μm。随后，将这些样品在氧化性酸溶液中进行酸蚀处理，以去除表面氧化层，提高涂层与基材之间的附着力。

SiO?纳米粉末作为沉积材料，被分散在50%乙醇溶液中，并加入10 mL/L的乙二醇以提高悬浮液的稳定性。为确保SiO?粒子在电场作用下能够均匀沉积，研究者调整了悬浮液的pH值至2，以使SiO?粒子表面带正电荷，从而促进其在阴极表面的沉积。实验过程中，使用直流电源（20 V）在室温下进行30分钟的电泳沉积，最终形成了一层具有多孔结构的SiO?涂层。

通过扫描电子显微镜（SEM）和能量色散X射线光谱（EDS）分析，研究人员观察到SiO?涂层具有非均匀的结构，表面存在裂纹和未覆盖区域。这表明在EPD过程中，涂层的沉积可能存在不均匀性，特别是在较长的沉积时间和较高的电流电压下，容易形成裂纹。此外，EDS分析还显示涂层中存在少量的磷元素，这可能是由于在沉积过程中使用的磷酸导致的。

进一步的电化学测试表明，SiO?涂层虽然在一定程度上提高了材料的抗腐蚀能力，但其在高电位下仍然容易发生过电位腐蚀，这可能影响其在体内环境中的长期稳定性。此外，涂层的表面能增加，表明其表面更加亲水，这有助于提高血相容性，减少血小板的粘附和激活。

### 表面改性对生物相容性的影响

为了评估SiO?涂层对细胞的生物相容性，研究者使用了人真皮成纤维细胞进行体外实验。实验结果表明，涂层的表面特性对细胞的粘附和生长具有显著影响。在较低的涂层提取物浓度下，细胞的形态和细胞骨架的组织结构基本保持完整，而在较高的浓度下，细胞骨架的组织结构出现一定程度的破坏，甚至细胞数量减少，这表明涂层的某些成分可能对细胞产生毒性作用。

通过荧光染色和共聚焦激光扫描显微镜（CLSM）观察，研究人员发现SiO?涂层的表面能够有效抑制血小板的激活和聚集，同时减少纤维蛋白原和von Willebrand因子（vWF）的吸附。这些结果表明，涂层在血相容性方面具有良好的表现，有助于减少血栓形成的风险。

此外，研究还发现，涂层中某些区域的表面化学成分存在差异，这可能影响其与细胞的相互作用。因此，为了进一步提高涂层的生物相容性，未来的研究需要优化EPD参数，如沉积时间和电压，以减少涂层的不均匀性，并提高其在生理条件下的稳定性。

### 结论与未来展望

尽管SiO?涂层在一定程度上改善了NiTi合金的生物相容性和血相容性，但其在长期应用中仍存在一些挑战。例如，涂层的不均匀性可能导致其在体内环境中的性能不稳定，特别是在高电位下容易发生腐蚀。此外，某些涂层成分可能对细胞产生毒性作用，这需要进一步研究以优化涂层的化学组成和沉积工艺。

总体而言，SiO?涂层为NiTi合金在心血管植入物中的应用提供了新的可能性。通过电泳沉积技术，可以实现对涂层厚度和形态的精确控制，从而在保持材料原有性能的同时，提高其在生物环境中的稳定性。未来的研究应进一步探讨涂层在不同生理条件下的长期性能，并探索其在其他生物医学应用中的潜力。此外，还需研究如何在不损害涂层性能的前提下，进一步优化其表面结构，以提高其在体内环境中的适应性和安全性。