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浸涂工艺研究

为解决金属假体生物相容性差、腐蚀速率快等问题，研究人员通过绿色合成与溶胶-凝胶法制备了nylon/chitosan/HAP/TiO2 复合生物涂层，采用旋涂技术实现均匀覆膜。结果表明，该涂层形成稳定的钝化层，腐蚀速率降至1.31E-03 mm/year，显著提升钛基假体的骨整合能力与服役寿命，为医用植入物表面改性提供新策略。

　　

随着全球老龄化加剧，骨科植入物需求激增，但金属假体面临两大难题：生物惰性导致的骨整合不足，以及体液环境中的腐蚀引发的金属离子释放。这些缺陷可能引发炎症反应、植入物松动甚至二次手术。传统解决方案如纯钛(Ti)涂层虽能延缓腐蚀，但无法同时满足生物活性和力学性能需求。在此背景下，墨西哥的研究团队在《Heliyon》发表研究，通过创新性复合生物涂层设计，为这一难题提供突破性解决方案。

研究团队采用溶胶-凝胶法合成TiO₂
-HAP复合物，结合绿色提取的壳聚糖(CS)与尼龙6,6形成杂化生物材料，通过浸涂技术制备4-5μm厚的钛基涂层。关键技术包括：电化学阻抗谱(EIS)评估腐蚀行为，扫描电镜(SEM)表征多孔结构，X射线衍射(XRD)分析结晶度，以及模拟生理环境的Hank's溶液浸泡实验。

表面形貌分析
SEM显示涂层呈现3μm级互联介-大孔结构，TiO₂
颗粒表面均匀分布HAP簇(图2)。这种结构促进细胞迁移，EDS图谱证实Ca、P元素在TiO₂
表面的成功负载(图4)。

化学键合机制
FT-IR谱显示1047 cm^-1
处C-O-C桥键振动(图9)，证实尼龙与壳聚糖通过氢键交联。XRD显示TiO₂
加入使结晶度提升至31.55%(表1)，增强涂层稳定性。

力学性能
含1% TiO₂
的复合材料杨氏模量达23.48 MPa(表2)，虽低于骨组织(11.4-29.2 GPa)，但适用于非承重植入物如心脏瓣膜。

电化学行为
极化曲线显示nylon89/CS5/HAP5/TiO₂
1%涂层使腐蚀电位稳定在-413 mV(图13)，60天后极化电阻(R_p
)达6.61E+05 Ω·cm²
(表3)，较未涂层钛提升67%。EIS证实其阻抗模量(|Z|)达661kΩ·cm²
，形成双重保护层(图15)。

生物活性验证
EDS检测到涂层表面Ca/P沉积物(图7)，证实其诱导羟基磷灰石生长的能力。交叉切割测试显示ISO 0级附着力(图16)，保障长期使用稳定性。

该研究开创性地将尼龙的机械强度、壳聚糖的抗菌性、HAP的骨传导性及TiO₂
的细胞粘附增强作用相结合。特别值得注意的是，优化配比的nylon89/CS5/HAP5/TiO₂
1%涂层将腐蚀速率降低45%，同时维持良好的孔隙率。这种"一材多效"的设计思路，不仅延长了植入物寿命，更通过促进骨整合减少了二次手术风险。尽管力学性能仍需提升，但作为金属基底的活性涂层，其15%固含量的浸涂工艺已展现出工业化应用潜力，为下一代智能生物涂层的开发奠定基础。