尼龙/壳聚糖/羟基磷灰石/TiO2 生物复合涂层提升金属假体耐久性的研究与应用

为解决金属假体在生物环境中易腐蚀、生物相容性不足的问题，研究人员通过绿色合成与溶胶-凝胶法制备了尼龙/壳聚糖/羟基磷灰石(HAP)/TiO2 复合生物涂层。结果表明，该涂层显著提升了钛基体的耐腐蚀性（腐蚀速率降至1.31E-03 mm/year），并展现出优异的骨传导性和骨整合特性，为延长假体寿命和改善患者生活质量提供了创新解决方案。

　　

金属假体植入领域长期面临两大挑战：腐蚀导致的金属离子释放和生物相容性不足。 随着全球老龄化加剧，假体需求激增，但传统钛合金假体在体液中易发生电化学腐蚀，释放的Ti⁴⁺
可能引发炎症或基因毒性。更棘手的是，光滑的金属表面难以与骨组织形成有效整合，导致假体松动。墨西哥莫雷洛斯州自治大学的研究团队独辟蹊径，将机械强度优异的尼龙6,6与具有抗菌性的壳聚糖、骨传导性羟基磷灰石(HAP)及促进细胞黏附的TiO₂
复合，开发出兼具防护与生物活性的新型涂层。

研究采用绿色合成（虾壳提取壳聚糖）与溶胶-凝胶法（HAP/TiO₂
摩尔比0.159优化）制备材料，通过浸渍涂覆技术实现4-5μm均匀涂层。电化学测试模拟生理环境（Hank's溶液，37°C），结合SEM、FT-IR、XRD等多维度表征，系统评估了材料性能。

表面形貌与元素分布
SEM显示涂层具有3μm级互联孔隙结构（图2g-i），EDS证实TiO₂
表面均匀分布HAP纳米颗粒（图4）。高孔隙率促进细胞迁移，而生物活性测试中，含TiO₂
的涂层在60天后诱导出钙磷沉积（图3h），证实其骨整合潜力。

化学键合与晶体结构
FT-IR揭示组分间通过氢键和离子键结合（图9），XRD显示TiO₂
加入使结晶度提升至31.55%（表1），增强了涂层稳定性。

力学与电化学性能
虽然杨氏模量（23.48 MPa）未达骨组织要求（11.4-29.2 GPa），但电化学阻抗谱（EIS）显示尼龙89/壳聚糖5/HAP5/TiO₂
1%涂层的极化电阻（R_p
）达6.61E+05 Ω·cm²
（表4），腐蚀速率较未涂层钛降低45%。极化曲线证实其形成致密钝化层（图13f），有效抑制金属溶解。

结论与展望
该研究创新性地将有机-无机材料复合，通过孔隙结构和组分协同作用，同时解决假体腐蚀与骨整合难题。涂层在心血管支架、耳植入体等非承重领域应用前景广阔。未来需进一步优化力学性能并开展细胞实验，但已为金属假体表面功能化提供了新范式。论文发表于《Heliyon》，为生物材料设计提供了跨学科参考。