綜述概要
金屬鎂及其合金具有良好的力學相容性和生物相容性，被譽為革命性的新一代生物材料或第三代生物材料。然而，鎂合金較高的活性和較低的耐蝕性導致其降解速率和成骨速率不能適配。鎂合金不可控降解限制了其在臨床醫學上的應用。表面功能化改性是提高生物醫用鎂合金耐蝕性和生物相容性等性能的主要途徑。
近日，山東科技大學曾榮昌教授及其合作者總結了最近20多年來生物可降解鎂合金表面塗層研究進展，建立了可降解鎂合金表面改性塗層的知識框架體系。根據學科特性來分，塗層包括機械、化學、物理和生物塗層；根據功能來分，塗層包括可降解、生物活性、抗菌、自清潔、自癒合、自犧牲、藥物釋放、生物適配和生物相容塗層。本文從能量和物理學視角來對塗層分類，建立了塗層之間的關聯體系；還構建了磷酸鹽轉化膜塗層體系。系統地介紹了轉化膜、沉積膜、機械塗層和功能塗層的性質、製備方法和麵臨的問題。重點介紹了化學轉化膜（磷酸鹽轉化膜，氟化物轉化膜，植酸轉化膜）、離子液體轉化膜、仿生和生物礦化塗層、鹼熱處理轉化膜、微弧氧化（陽極氧化）塗層和水熱塗層的製備方法、性能及面臨的問題。
圖1 生物醫學鎂合金表面塗層方法的分類和相互聯繫
鎂合金化學轉化膜是由鎂基體與成膜液間通過化學反應形成的，通常在水溶液中進行，過程包含金屬溶解和沉澱物析出。由於基體直接參與成膜過程，塗層和基體之間的結合力比較強，可以作為一種提高外層與鎂合金基體結合力的打底層；
鎂合金沉積塗層是指其基底不參與塗層形成的非原位塗層，基體與塗層之間是由分子間力（如靜電力、氫鍵等）和機械力來連接。由於沉積層與基體結合力弱，不適合作為中間層，一般多用作最外層或功能層。沉積塗層的成分是靈活多樣的，具有良好的生物活性，可以作為複合塗層的表面層，實現塗層的多功能化。本文介紹了共沉積塗層、物理氣相沉積塗層、原子層沉積塗層、電沉積塗層和簡單的浸漬塗層。
鎂合金機械塗層是指在嚴重塑性變形過程中產生的變形表面和亞表面，製備過程中不涉及化學反應。在不引入任何物質（如沉積礦物和附著有機物）的情況下，獲得了一層不同於原始表面的精細結構。重點介紹了攪拌摩擦加工和噴丸處理兩種機械處理塗層方法。與傳統的化學塗層相比，機械塗層與基體具有更好的結合力。此外，經過機械加工的表面層可以進行進一步的化學後處理，進一步實現各種功能。
本文也介紹了滿足醫用鎂合金各種需求的多功能複合塗層。可降解生物醫用鎂合金表面理想的功能塗層應具備自降解、生物活性或生物相容性、抗菌和載藥等性能，腐蝕速率的可控性也是關鍵。為了使塗層具備以上一種或多種功能，介紹了多種塗層的複合策略和方法。其中包括自催化/自降解塗層、生物活性/生物相容性塗層、抗菌塗層、載藥塗層和複合塗層。
可降解生物醫用鎂合金表面理想的塗層材料應具有耐腐蝕、自降解、生物相容性和載藥性能等功能，但是目前很難同時達到以上效果。尤其對於可降解的醫用鎂合金作為植入材料，要達到可控腐蝕速率的效果是相當困難的。因此，生物醫用鎂合金塗層的發展仍然面臨著巨大的挑戰。
同時還指出鎂合金陽極型塗層或許是鎂合金植入材料的理想選擇。基體表面陽極型塗層會優先降解，保持基體金屬早期不發生明顯腐蝕並保持一定的力學強度，並實現可控降解。
文章發表
該綜述發表在《Journal of Magnesium and Alloys》2020年第8卷第1期：
[1] Z.-Z. Yin, W.-C. Qi, R.-C. Zeng, X.-B. Chen, C.-D. Gu, S.-K. Guan, Y.-F. Zheng, Advances in coatings on biodegradable magnesium alloys, Journal of Magnesium and Alloys 8(1) (2020) 42-65.
中文摘要
生物醫用鎂及其合金由於耐蝕性差，在臨床上的應用受到很大限制。除元素合金化之外，表面改性和功能化是提高鎂合金耐蝕性的主要途徑。本文總結了最近二十年來鎂合金表面可生物降解塗層的最新研究進展，試圖建立一個可降解鎂合金表面改性塗層的知識框架體系；討論了轉化膜、沉積膜、機械塗層和功能塗層的性質，其製備方法和麵臨的問題；重點介紹了化學轉化和沉積塗層的組成，以及如何解決單一生物醫用材料塗層的附著力、耐腐蝕性和生物相容性不足等問題；討論了複合塗層結構和功能一體化的綜合問題。
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