激光液相诱导沉积法制备镁合金钙磷基涂层的多功能表面改性研究

本研究针对可降解镁合金植入体存在的腐蚀速率快、生物活性不足及易引发感染等问题，采用激光液相诱导沉积(LID)技术在AZ31表面构建含银α-磷酸三钙(α-TCP)涂层。结果表明，该技术使腐蚀电流密度降低至8.22×10-6 A/cm2 ，并实现100%金黄色葡萄球菌抑菌率，同时通过自修复机制抑制腐蚀裂纹，为生物医用镁合金多功能表面改性提供了新策略。

　　

在骨科植入材料领域，镁合金因其与天然骨相近的弹性模量被视为理想植入物，但其临床应用面临三大挑战：体内腐蚀过快导致力学性能过早丧失、缺乏骨整合能力易造成松动、细菌感染引发手术失败。传统钛合金虽机械性能优异，但存在应力遮挡效应且不具备生物活性。现有表面改性技术如等离子喷涂、电化学沉积等往往工艺复杂或难以精确控制涂层形貌。

台湾地区国家科学技术委员会(NSTC)支持的研究团队创新性地采用激光液相诱导沉积(LID)技术，在AZ31镁合金表面构建含银α-磷酸三钙(α-TCP)复合涂层。这项发表于《Journal of Alloys and Compounds》的研究通过精确调控激光参数（功率20-80%、扫描速度200-800 mm/s、间距1-4 μm），在含β-甘油磷酸钠和醋酸钙的溶液中实现原位合成。关键技术包括：脉冲光纤激光(1064 nm)沉积系统、电化学腐蚀测试、X射线衍射(XRD)物相分析，以及针对金黄色葡萄球菌(S. aureus)的抗菌评价。

激光参数对表面形貌的影响
研究发现当激光功率低于40%时，表面残留SiC砂纸划痕；功率提升至60%后形成均匀的熔凝重铸层，其主要成分为MgO。最佳参数组合(60%功率+500 mm/s速度+2 μm间距)下可获得致密α-TCP片状沉积，该结构源于激光引发的局部高温促使溶液组分分解重组。

涂层的多功能特性
电化学测试显示含银涂层使腐蚀电流密度从3.92×10^-5
降至8.22×10^-6
A/cm²
，归因于α-TCP的屏障作用和Ag⁺
的缓释效应。浸泡实验中涂层通过自修复机制封闭腐蚀裂纹，裂纹宽度从15.6 μm缩小至3.8 μm。抗菌测试表明含银沉积物对S. aureus实现100%杀灭率，源自Ag⁺
破坏细菌膜结构。

讨论与结论
该研究首次证实LID技术可同步解决镁合金植入体的三大瓶颈问题：重铸层中的MgO提供基础腐蚀防护，α-TCP增强骨传导性，而纳米银颗粒赋予持久抗菌性。相较于传统方法，LID具有真空环境免维护、局部热控精准、工艺周期短等优势。这项技术为开发兼具抗腐蚀、促骨整合和抗感染功能的智能植入材料开辟了新途径，对推动可降解镁合金的临床应用具有重要价值。