具有更好生物相容性的改进型柔性硅烷/席夫碱涂层及其在镁血管植入物中的应用

《Colloids and Surfaces B: Biointerfaces》：Improved flexible silane/Schiff base coating with better biocompatibility for Magnesium vascular implants applications

　　为镁基植入物设计了一种生物自适应硅烷 - 希夫碱涂层。- 防护与自修复的协同作用带来卓越的长期耐蚀性。- 最优 GP 掺杂增强了界面粘附力和涂层柔韧性。- 该涂层促进 NO 释放和血管快速再内皮化。- 诱导 M2 巨噬细胞极化以维持平滑肌细胞收缩表型。## 引言可生物降解镁合金已成为下一代心血管植入物的关键材料类别，为临时血管支撑提供了巨大潜力。其主要优势在于结合了必要的机械支撑与完全可吸收性，从而避免了与永久植入物相关的免疫排斥反应 [1], [2]。然而，镁基材料的临床转化仍受到三大挑战的阻碍：生理环境中的快速且不可控腐蚀、复杂血管条件下的机械顺应性不足以及生物界面相容性欠佳 [3], [4], [5]。对于血管支架涂层而言，植入环境要求结构完整性。在植入过程中，支架经历 20%–30% 的径向压缩，随后进行球囊扩张至其标称直径，此过程涉及塑性变形。因此，涂层必须承受拉伸、压缩和剪切应力 [6], [7]。在使用过程中，支架受到脉动血流和动脉压力带来的循环载荷，每天经历超过 10⁵ 次周向应变循环 [8]。此外，血流动力学环境引起的壁面剪切应力可能破坏涂层粘附性，并在扰动流区域促进局部腐蚀 [9]。这些机械挑战需要保护涂层，使其在经历大变形时具备耐蚀性和结构完整性，并在脉动载荷下具有抗疲劳性。传统涂层可减缓镁合金降解。微弧氧化（PEO）涂层具有高耐磨性，但由于其多孔结构和有限的柔韧性，在支架变形过程中会产生微裂纹 [10], [11], [12], [13], [14]；氟化物转化和层状双氢氧化物（LDH）涂层提高了耐蚀性，但断裂韧性低，导致在压接和扩张过程中的弯曲区域发生裂纹扩展，并加速局部腐蚀 [15], [16], [17], [18]，它们存在断裂韧性低的问题。这可能导致在压接和扩张过程中受弯区域的裂纹扩展，从而加速局部腐蚀 [19], [20], [21]；氟化物转化和 LDH 涂层提高了耐蚀性，但断裂韧性低，导致在压接和扩张过程中的弯曲区域发生裂纹扩展并加速局部腐蚀 [22], [23], [24]。这些局限性推动了多功能涂层的发展，这些涂层整合了机械适应性、主动防腐蚀保护和生物功能。Dou 等人开发了一种分级 MgF?/聚氨酯/匹伐他汀涂层，其中间层为弹性聚氨酯，可适应支架变形，缓解应力集中，并抑制变形引起的微裂纹腐蚀扩展 [25]，突出了机械适应性在植入设备涂层设计中的作用。Li 等人表明，接枝 Cu(II) 的壳聚糖涂层可减缓降解，促进内皮化，并诱导巨噬细胞向抗炎 M2 表型极化 [26]。这些复合涂层平衡了耐蚀性、机械顺应性和生物功能，反映了从被动保护向自适应和自修复多功能界面的转变。缓蚀剂的引入是镁合金表面改性的焦点 [27]。通常嵌入涂层基体中，抑制剂在微损伤或腐蚀性介质渗透时释放，抑制局部腐蚀的引发和扩展 [28], [29]。镁合金的常用抑制剂包括有机膦酸盐、稀土盐、有机羧酸盐和含氮杂环化合物，它们通过化学配位或静电吸附在镁表面发挥作用 [30], [31], [32], [33]。近期的研究致力于将抑制剂整合到生物相容性聚合物或杂化涂层中，以实现血管支架应用中的可控释放和长期保护。希夫碱基团通过其 -C=N- 键与镁表面形成稳定的配位键，生成致密的化学吸附层。对于医疗应用，抑制剂设计必须满足生物安全要求；先前的研究将具有抗炎和促内皮化特性的生物活性分子整合到抑制剂结构中，以同时抑制腐蚀和调节局部免疫微环境，影响巨噬细胞表型和血管细胞行为 [34], [35]。本研究为镁基血管植入物提出了一种生物自适应硅烷 - 希夫碱复合涂层，以解决防腐蚀保护、机械顺应性和免疫调节生物活性问题。该涂层使用有机 - 无机杂化硅烷网络，通过四乙氧基硅烷与 3-环氧丙基三甲氧基硅烷的水解和缩合形成，从而创建致密且具有顺应性的物理屏障。希夫碱单元通过机械损伤时的抑制剂释放提供自修复能力，这对于在循环血管应力下维持屏障功能至关重要。在模拟生理环境中评估了机械性能、界面结合强度和耐蚀性，以及血液相容性、内皮细胞行为、平滑肌细胞反应和巨噬细胞表型调节。通过整合防腐蚀保护、机械顺应性和生物功能，该涂层为下一代心血管植入物中的可生物降解镁合金提供了多功能平台。## 部分摘要### 材料原硅酸乙酯（TEOS）和 3-环氧丙基三甲氧基硅烷（GPTMS）购自阿拉丁生化科技有限公司。制备汉克氏平衡盐溶液的试剂均购自天津凯米欧化学试剂有限公司。在本研究中，选择挤压 ZE21B 镁合金（Mg-2Zn-0.46Y-0.5Nd）作为研究对象。制备了样品（直径 9.8 mm，厚度 3 mm），并涂覆环氧树脂进行三维处理，留下...### 表面形貌和成分分析如图 1A 所示，ZE21B 基体和 Sg 涂层最初表现出平整均匀的表面。随着希夫碱（GP）浓度从 0 增加到 0.001，复合涂层（GP/Sg-0.0001 和 GP/Sg-0.001）的表面均匀性得到改善；然而，在最高浓度（GP/Sg-0.01）下，可观察到轻微的表面聚集或不规则现象（如图 1A 中的箭头所示）。因此，中等的 GP 浓度（0.001）产生最佳均匀性，而过量的 GP 可能会...### 涂层的血液相容性血液相容性对镁基生物医学植入物至关重要。评估血小板粘附和活化作为血栓形成风险的关键指标。ZE21B 表面（图 5(a1, a2)）显示出广泛的血小板粘附，伴有伸长的伪足、严重变形和聚集，表明具有高血栓形成潜力。Sg 涂层（图 5(b1, b2)）显著减少了血小板粘附和活化，仅有偶尔的伪足延伸，显示出初步的调节作用...### 结论本研究提出了一种生物自适应硅烷/希夫碱涂层，旨在解决镁基植入物面临的双重挑战：快速界面降解和生物相容性不足。通过将共价硅氧烷物理屏障与刺激响应化学修复机制相结合，GP/Sg-0.001 涂层实现了增强的长期保护性能。该涂层表现出卓越的柔韧性和界面粘附力（临界载荷 >12 N），确保了结构...### CRediT 作者贡献声明**王新元：** 验证，资源。**崔伟正：** 验证，资源。**关少康：** 写作 – 审阅与编辑，监督，资源，资金获取。**朱世杰：** 写作 – 审阅与编辑，验证，资源。**余水静：** 写作 – 审阅与编辑，写作 – 原稿，验证，资源，数据管理，概念化。**梅迪：** 写作 – 审阅与编辑，监督，资源，概念化。## 利益冲突声明作者声明我们对本工作没有利益冲突。与其他个人或组织没有可能不恰当地影响我们工作的财务和个人关系。## 致谢本工作得到**中国国家自然科学基金**（批准号 U25A20206）的支持。我们还感谢**Eceshi**（[www.eceshi.com](http://www.eceshi.com)）提供的表征协助。余水静 | 梅迪 | 崔伟正 | 王新元 | 朱世杰 | 关少康