壳聚糖功能化氧化石墨烯/肝素多层膜调控镁合金电化学行为和生物相容性的机理研究

In recent years, magnesium alloy has been the research focus of the biodegradable vascular stent materials. Based on the problems such as rapid degradation, poor blood compatibility and limited endothelialization of the magnesium alloy in the physiological environment, a new surface modification strategy which can control the corrosion degradation behavior and biocompatibility of magnesium alloy is proposed. Firstly, the chemical treatment method is used to form the corrosion resistive conversion layer, and then self-assembly, in situ chemical reaction on surface, and layer-by-layer techniques are used to construct the chitosan-functionalized graphene oxide/heparin multilayer on magnesium alloy. The degradation behaviors and biocompatibility of the magnesium alloy are regulated by the control of the multilayer thickness, the loading amount of GOCS and heparin. The effects of the multilayer on the in vitro and in vivo corrosion electrochemical behaviors, blood compatibility and endothelial cell growth behaviors are investigated, and the regulation mechanism of the multilayer on the electrochemical behaviors and biocompatibility of magnesium alloy will be explored. Combined with the excellent corrosion resistance of the chemical conversion layer and graphene oxide, the better endothelial cell growth of chitosan, excellent blood compatibility and selective endothelial cell growth of heparin, the multilayer of the present project will fundamentally solve the problems of the rapid corrosion degradation, poor blood compatibility and endothelialization, and the magnesium alloy biomaterials with excellent properties and functions will be obtained.

镁合金是近年来可降解血管支架材料的研究热点，针对镁合金在生理环境下的快速降解、较差的血液相容性和内皮化性能等问题，提出调控镁合金腐蚀降解行为和生物相容性的表面改性策略。采用化学处理方法首先在表面形成耐蚀转化层，然后结合自组装技术、表面原位化学反应技术和层层自组装技术在镁合金表面构建壳聚糖功能化氧化石墨烯/肝素（GOCS/Hep）多层膜；通过多层膜的厚度、GOCS和肝素的装载量调控镁合金的电化学行为和生物相容性；研究多层膜体内外对镁合金的腐蚀电化学行为、血液相容性以及内皮细胞生长行为的影响规律，探明多层膜调控镁合金电化学行为以及生物相容性的机理。结合化学转化层和氧化石墨烯优异的耐蚀性能、壳聚糖的促内皮细胞生长作用、肝素优异的抗凝血性能和选择性促内皮细胞生长功能，本项目构建的多层膜将从根本上解决镁合金腐蚀降解过快以及较差的血液相容性和内皮化性能等问题，获得具有优异性能和功能的镁合金材料。

医用镁合金由于具有良好的可降解性能和力学性能，已经成为新一代全降解血管支架材料的研究热点，但镁合金在体内的快速降解以及较差的生物相容性仍然是其临床应用面临的巨大挑战。本项目针对镁合金耐蚀性能差、血液相容性不足以及内皮化性能差等临床应用问题，提出调控镁合金腐蚀降解行为和生物相容性的多种表面改性策略，并详细研究了表面改性镁合金的耐蚀性能和生物相容性。结果表明，在表面化学处理的基础上依次固定聚乙二醇、肝素和纤连蛋白可以同时提高镁合金的耐蚀性和生物相容性，实现镁合金电化学降解行为和生物相容性的调控与优化；在镁合金表面自组装的基础上制备Chi(Zn/BMP2)/HA（壳聚糖(Zn2+/BMP2)/纳米羟基磷灰石）的复合涂层可以赋予镁合金良好的耐蚀性能和成骨性能；在镁合金表面制备壳聚糖/肝素功能化氧化石墨烯的多层膜涂层或壳聚糖功能化氧化石墨（GOCS）/肝素多层膜涂层可以显著提高镁合金的耐生理腐蚀性能（镁合金降解速度下降到0.03mm/y），并在提高其血液相容性的同时促进内皮细胞的生长以及内皮细胞的功能表达，表现出良好的促内皮化作用。进一步地，研究还发现，通过在表面固定GOCS的基础上装载锌离子和普萘诺尔也可以赋予材料良好的耐蚀性能和促内皮生长性能，装载肝素/BMP2的复合物可以同时提高材料的抗凝血性能和成骨性能。.项目目前已经发表SCI收录学术论文27篇，申请国家发明专利16项，获授权国家发明专利4项；本项目的研究成果获江苏省科学技术二等奖和三等奖各1项，培养硕士研究生2人，在读硕士研究生6人。项目的研究成果为医用镁合金表面耐蚀性能和生物相容性的调控提供了多种技术手段，并揭示了改性涂层调控镁合金电化学行为和生物相容性的机理，获得了具有优异可降解性能和生物相容性的镁合金生物材料，为镁合金在植/介入医疗器械领域（如、血管支架、人工骨等）的临床应用奠定了良好的基础。