有无基体均匀化处理的热蒸发铜涂层 AZ31 镁合金的抗菌活性与腐蚀行为

《Scientific Reports》：Antibacterial activity and corrosion behavior of thermally evaporated copper coated AZ31 magnesium alloy with and without substrate homogenization

　　

摘要

诸如 AZ31 的可生物降解镁合金在临时植入物应用中极具吸引力，然而它们在生理介质中的快速降解仍是一个主要限制。在此，我们对通过热蒸发沉积铜薄膜前后的原始状态和均匀化状态下的 AZ31 进行了评估。系统研究了基底状态和铜沉积对表面特性、抗菌活性和腐蚀行为的综合影响。XRD 证实了存在α-Mg 和面心立方（fcc）Cu 相，未涂层基底的 Scherrer 估算晶粒尺寸为 47.34 nm，含铜层为 72.43 nm。FE-SEM 显示了一个具有分散纳米级特征的相对连续的含铜表面层，而 EDS 和元素图谱证实了涂层表面上 Cu 的存在和分布。AFM 显示，在均匀化和标准化表面制备后，测量的表面粗糙度显著降低，AZ31 的 Ra 值为 29.63 nm，AZ31A 为 6.88 nm；沉积 Cu 后，AZ31–Cu 的 Ra 值为 7.18 nm，AZ31A–Cu 为 9.21 nm。在模拟体液（SBF）中的电化学测试表明，Cu 沉积显著降低了 AZ31 的耐蚀性，表现为阻抗和极化电阻降低以及腐蚀电流密度升高。通过纸片扩散法对大肠杆菌进行的抗菌评估表明，Cu 涂层样品具有增强的抗菌活性，AZ31、AZ31–Cu 和 AZ31A–Cu 的抑菌圈直径分别为 22 mm、24 mm 和 26 mm。离子释放测量进一步支持了基底降解加速的结论，AZ31A–Cu 在 7 天后的 Mg2?浓度达到 334.04 ppm。尽管 Cu 沉积增强了抗菌活性，但它同时也加速了 Mg 在 SBF 中的降解，这突显了在开发铜功能化可生物降解镁表面时需要平衡抗菌功能与腐蚀控制。