可转换亲疏水性的PNIPAAm-g-CHI复合涂层在Mg-4Zn-1Mn合金表面的构建及其腐蚀行为研究

针对镁合金植入体因降解引发的免疫反应和炎症问题，天津研究团队通过微弧氧化(MAO)预处理结合聚(N-异丙基丙烯酰胺)-壳聚糖(PNIPAAm-g-CHI)共聚物涂层技术，开发出温度响应型亲疏水可转换涂层。研究发现CHI/PNIPAAm比例为0:10时涂层具有最优腐蚀阻抗(9455.2 Ω·cm2)和最低电流密度(0.179 μA/cm2)，其LCST可调特性为智能生物材料设计提供新思路。

　　

镁合金作为可降解植入材料近年来备受关注，但其过快的腐蚀速率会引发Mg²⁺离子暴释，导致局部温度升高并激活免疫反应。临床研究表明，这种异常升温会促使巨噬细胞包围植入体，反而加速材料降解形成恶性循环。传统疏水涂层虽能延缓腐蚀却不利于细胞粘附，而亲水涂层又易因体液过度渗透降低防护性能。这种"两难困境"促使研究者探索能动态响应环境变化的智能涂层系统。

天津研究团队选择自主开发的Mg-4Zn-1Mn合金为基底，创新性地将温度响应型聚合物聚(N-异丙基丙烯酰胺)(PNIPAAm)与生物活性多糖壳聚糖(CHI)共聚，通过微弧氧化(MAO)预处理构建系列PNIPAAm-g-CHI复合涂层。该研究通过调控CHI/PNIPAAm比例(0:10至2:8)，系统考察了涂层微观结构、结合强度及腐蚀行为的变化规律，相关成果发表在《Progress in Natural Science: Materials International》。

关键技术包括：微弧氧化预处理形成多孔基底；自由基聚合法制备不同比例的PNIPAAm-g-CHI共聚物；电化学工作站测试腐蚀电流密度和阻抗谱；接触角测量仪分析温度响应性润湿行为。

微结构分析显示：纯PNIPAAm涂层(P10/C0)表面光滑无缺陷，而添加CHI后出现褶皱和裂纹。X射线光电子能谱证实涂层含C、N、O特征元素，且Na元素信号随CHI比例增加而增强，表明CHI成功引入。涂层厚度从P10/C0的12.3μm增至P8/C2的15.8μm，但结合强度从18.7MPa降至14.3MPa。

腐蚀行为测试表明：P10/C0样品阻抗模值达9455.2 Ω·cm²，是MAO基底的2倍；其腐蚀电流密度仅0.179 μA/cm²，比MAO样品降低90%。但随着CHI比例增加，涂层防护性能下降，P8/C2样品的阻抗值衰减至MAO水平的1.5倍。

润湿性研究发现：所有涂层均呈现温度响应特性，其LCST从P10/C0的32.5°C升至P8/C2的35.2°C。低于LCST时接触角<90°呈亲水性，高于LCST时>90°转为疏水性。这种转变源于PNIPAAm分子链在升温过程中的构象变化——低温时亲水基团外露，高温时疏水主链收缩暴露。

研究结论指出：CHI的引入虽能改善生物活性，但会降低涂层的腐蚀防护性能。最佳平衡点出现在CHI/PNIPAAm=0:10时，此时涂层兼具优异耐蚀性和温度响应特性。该工作为开发"环境自适应"型医用镁合金涂层提供了重要实验依据，其LCST精确调控策略对智能植入材料设计具有普适指导意义。值得注意的是，当局部炎症导致体温升高时，涂层可自动切换为疏水状态阻隔体液渗透；而在正常体温下恢复亲水性促进组织整合，这种"智能反馈"机制有望突破传统涂层无法动态响应生理变化的局限。