利用等离子体电解氧化技术增强Mg基合金表面的PCL超声雾化喷涂涂层，以提高其附着力、耐腐蚀性和生物相容性

《Advanced Engineering Materials》：Ultrasonic Atomization Spray Coating of PCL on an Mg-Based Alloy Enhanced by Plasma Electrolytic Oxidation for Improved Adhesion, Corrosion Resistance, and Biocompatibility

氢氧化镁涂层制备与表面改性技术在镁合金生物可降解支架中的应用研究

　　这项研究探讨了等离子体电解氧化（PEO）技术对WE43镁合金表面特性的影响，特别是其对聚己内酯（PCL）涂层附着力和耐腐蚀性能的提升作用。WE43镁合金因其优异的机械性能和良好的生物相容性，被认为是生物可降解支架的潜在材料。然而，其在体内使用时存在自然降解速度快、耐腐蚀性不足等挑战，限制了其作为永久植入物的应用。为了解决这些问题，研究者采用PEO技术对WE43合金进行预处理，随后通过超声雾化喷涂技术在其表面均匀涂覆PCL涂层。这种结合PEO和PCL的复合涂层方法被认为是一种有前景的策略，旨在提高镁合金支架在生物环境中的稳定性和功能性。

PEO技术是一种广泛应用于金属表面处理的电化学方法，能够生成具有多孔结构和高粗糙度的氧化层。这种氧化层不仅能够增强涂层与基材之间的机械互锁效应，还能有效阻止腐蚀性物质的渗透，从而提升材料的耐腐蚀能力。研究发现，随着PEO处理时间的延长，形成的氧化层变得更加均匀和致密，其厚度和粗糙度显著增加。特别是当处理时间为10分钟时，氧化层的性能达到最佳状态，表面孔隙率降低，PCL涂层的附着力和均匀性得到明显改善。这些结果表明，延长PEO处理时间有助于形成更稳定的氧化层，为后续的PCL涂层提供更好的基础。

为了进一步验证PEO处理对PCL涂层性能的影响，研究者进行了多种测试。其中，电化学极化测试和氢气释放实验表明，经过PEO处理的样品在磷酸盐缓冲液（PBS）中表现出显著的耐腐蚀性提升。与未处理的WE43相比，PEO处理后样品的腐蚀电流密度明显下降，且氢气释放量减少超过三倍。这说明PEO处理在一定程度上延缓了镁合金的腐蚀过程，从而增强了其在生物环境中的稳定性。此外，PCL涂层的引入进一步降低了腐蚀速率，特别是在经过10分钟PEO处理的样品中，其腐蚀电流密度最低，显示出最优的保护效果。

表面形貌分析和微观结构表征显示，PEO处理后的样品表面呈现出明显的纹理变化。通过扫描电子显微镜（SEM）和X射线光电子能谱（XPS）等技术，研究人员观察到PEO处理时间越长，表面的氧化层越厚，同时孔隙结构更加均匀。这一现象与PEO过程中形成的MgO晶体结构有关，而X射线衍射（XRD）结果进一步证实了这一点。值得注意的是，虽然较长的PEO处理时间可能会导致表面孔隙率增加，但这些孔隙在PCL涂层的覆盖下被有效密封，从而提升了整体的耐腐蚀性能。此外，XPS分析还揭示了不同处理时间下表面元素的分布变化，表明经过PEO处理的样品中，Mg元素的信号更强，说明其基材的完整性得到了更好的保持。

为了评估PCL涂层与WE43基材之间的附着力，研究者采用了划痕测试方法。结果显示，PEO处理显著增强了PCL涂层的附着力，特别是在10分钟处理组中，其临界载荷（即涂层开始剥落的载荷）比未处理样品高出三倍以上。这表明PEO处理不仅提高了表面粗糙度，还通过增强机械互锁效应改善了涂层与基材之间的结合力。在未处理的样品中，划痕痕迹更加明显，涂层容易剥离，而PEO处理后的样品表面则表现出更高的抗划伤能力，说明其表面处理有效提升了材料的表面质量。

在生物相容性方面，研究者通过细胞活力测试评估了不同PEO处理时间对WE43合金支架表面的影响。实验使用了人主动脉内皮细胞（HAoECs）作为模型，结果显示，经过10分钟PEO处理的样品在培养过程中表现出更高的细胞存活率，与未处理样品相比，其对细胞的毒性更低。这可能与PEO处理后表面形成的氧化层和PCL涂层共同作用，降低了镁离子的释放，从而减少了对细胞的不良影响。此外，PCL涂层的疏水性也对细胞的附着和生长具有积极影响，尽管它可能在初期影响细胞与材料的相互作用，但随着时间推移，这种影响逐渐被克服。

总体来看，PEO预处理结合PCL涂层的应用，为生物可降解镁合金支架提供了一种有效的表面改性策略。这种技术不仅提高了涂层与基材之间的结合力，还显著增强了材料的耐腐蚀性能，同时改善了其生物相容性。特别是在10分钟的PEO处理条件下，研究结果表明，这种处理方式在平衡附着力、耐腐蚀性和生物相容性方面表现最佳，具有广阔的应用前景。未来的研究可以进一步探索PEO与PCL涂层在体内环境中的长期性能，以及如何通过引入药物释放功能进一步优化支架的性能。此外，还需对涂层的机械疲劳性能进行评估，以确保其在动态血管环境中的稳定性。这一研究为下一代生物可降解支架的开发提供了重要的理论支持和技术参考。